วันนี้เราจะมาเปิดเผยมุมหักเหของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (สิ่งที่เรียกว่าแสง) และกฎของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ก่อตัวขึ้น
ตา ผิวหนัง สมอง
มนุษย์มีประสาทสัมผัสทั้งห้า นักวิทยาศาสตร์การแพทย์แยกแยะความรู้สึกที่แตกต่างกันได้ถึง 11 แบบ (เช่น ความรู้สึกกดดันหรือความเจ็บปวด) แต่ผู้คนได้รับข้อมูลส่วนใหญ่ผ่านสายตาของพวกเขา ข้อเท็จจริงที่มีอยู่ถึงเก้าสิบเปอร์เซ็นต์ที่สมองของมนุษย์รับรู้ว่าเป็นการสั่นสะเทือนทางแม่เหล็กไฟฟ้า ดังนั้นคนส่วนใหญ่จึงเข้าใจความงามและสุนทรียภาพทางสายตา มุมหักเหของแสงมีบทบาทสำคัญในเรื่องนี้
ทะเลทราย ทะเลสาบ ฝน
โลกรอบตัวเต็มไปด้วยแสงแดด อากาศและน้ำเป็นพื้นฐานของสิ่งที่คนชอบ แน่นอนว่าทิวทัศน์ทะเลทรายที่แห้งแล้งอาจมีความงามที่โหดร้าย แต่คนส่วนใหญ่ชอบความชื้นมากกว่า
มนุษย์เคยหลงใหลในลำธารบนภูเขาและแม่น้ำที่ราบลุ่มที่ราบเรียบ ทะเลสาบอันเงียบสงบและคลื่นทะเลที่หมุนเป็นเกลียวตลอดเวลา น้ำตกที่กระเด็นใส่ และความฝันอันหนาวเหน็บของธารน้ำแข็ง มากกว่าหนึ่งครั้งที่ทุกคนสังเกตเห็นความงามของการเล่นของแสงในน้ำค้างบนหญ้า ประกายของน้ำค้างแข็งบนกิ่งไม้ ความขาวของน้ำนมของหมอก และความงามที่มืดมิดของเมฆต่ำ และเอฟเฟกต์ทั้งหมดนี้ถูกสร้างขึ้นต้องขอบคุณมุมหักเหของลำแสงในน้ำ
ตา สเกลแม่เหล็กไฟฟ้า สายรุ้ง
แสงเป็นการผันผวนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ความยาวคลื่นและความถี่กำหนดประเภทของโฟตอน ความถี่การสั่นสะเทือนจะเป็นตัวกำหนดว่าจะเป็นคลื่นวิทยุ รังสีอินฟราเรด สเปกตรัมของสีที่บุคคลมองเห็นได้ รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ หรือรังสีแกมมา มนุษย์สามารถรับรู้ด้วยตาของพวกเขาด้วยการสั่นสะเทือนทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 780 (สีแดง) ถึง 380 (สีม่วง) นาโนเมตร ในส่วนของคลื่นที่เป็นไปได้ทั้งหมด ส่วนนี้ใช้พื้นที่ขนาดเล็กมาก นั่นคือผู้คนไม่สามารถรับรู้สเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนใหญ่ได้ และความงามทั้งหมดที่มนุษย์เข้าถึงได้นั้นเกิดจากความแตกต่างระหว่างมุมตกกระทบกับมุมหักเหที่ขอบระหว่างสื่อ
สูญญากาศ ดวงอาทิตย์ ดาวเคราะห์
ดวงอาทิตย์ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์ การรวมตัวของอะตอมไฮโดรเจนและการกำเนิดของฮีเลียมนั้นมาพร้อมกับการปลดปล่อยอนุภาคต่างๆ จำนวนมาก รวมทั้งควอนตัมแสง ในสุญญากาศ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแพร่กระจายเป็นเส้นตรงและด้วยความเร็วสูงสุดเท่าที่เป็นไปได้ เมื่อมันเข้าสู่ตัวกลางที่โปร่งใสและหนาแน่นกว่า เช่น ชั้นบรรยากาศของโลก แสงจะเปลี่ยนความเร็วในการแพร่กระจายของมัน เป็นผลให้มันเปลี่ยนทิศทางของการขยายพันธุ์ กำหนดดัชนีการหักเหของแสงเท่าใด มุมหักเหคำนวณโดยใช้สูตร Snell
กฎของสเนล
นักคณิตศาสตร์ชาวดัตช์ Willebrord Snell ทำงานทั้งชีวิตด้วยมุมและระยะทาง เขาเข้าใจวิธีการวัดระยะทางระหว่างเมือง วิธีการหาที่กำหนดชี้ไปที่ท้องฟ้า ไม่น่าแปลกใจที่เขาพบรูปแบบในมุมหักเหของแสง
สูตรกฎหมายมีลักษณะดังนี้:
- 1บาป θ1 =n2บาป θ2.
ในนิพจน์นี้ อักขระมีความหมายดังต่อไปนี้:
- 1 และ n2 คือดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลาง (ซึ่งลำแสงตกลงมา) และตัวกลาง 2 (เข้ามา);
- θ1 และ θ2 คือมุมตกกระทบและการหักเหของแสงตามลำดับ
คำอธิบายกฎหมาย
จำเป็นต้องให้คำอธิบายเกี่ยวกับสูตรนี้ มุม θ หมายถึงจำนวนองศาที่อยู่ระหว่างทิศทางการแพร่กระจายของลำแสงและเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวที่จุดสัมผัสของลำแสง เหตุใดจึงใช้ปกติในกรณีนี้ เพราะในความเป็นจริงไม่มีพื้นผิวเรียบ และการหาค่าปกติของเส้นโค้งใดๆ ก็ค่อนข้างง่าย นอกจากนี้ หากทราบมุมระหว่างขอบของสื่อและลำแสงตกกระทบ x ในปัญหา มุมที่ต้องการ θ จะเป็นเพียง (90º-x)
แสงส่องเข้ามาจากอากาศที่หายากกว่าไปยังตัวกลางที่หนาแน่นกว่า (น้ำ) ยิ่งอะตอมของตัวกลางอยู่ใกล้กันมากเท่าไร ลำแสงก็จะยิ่งหักเหมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น ยิ่งตัวกลางมีความหนาแน่นมากเท่าใด มุมการหักเหของแสงก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แต่มันก็เกิดขึ้นในทางกลับกันเช่นกัน แสงตกจากน้ำสู่อากาศหรือจากอากาศสู่สุญญากาศ ภายใต้สถานการณ์ดังกล่าว เงื่อนไขอาจเกิดขึ้นภายใต้ซึ่ง n1sin θ1>n2 นั่นคือ ลำแสงทั้งหมดจะสะท้อนกลับไปยังตัวกลางแรก ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า Total internalการสะท้อนกลับ. มุมที่เกิดเหตุการณ์ที่อธิบายไว้ข้างต้นเรียกว่ามุมจำกัดของการหักเห
อะไรเป็นตัวกำหนดดัชนีการหักเหของแสง
ค่านี้ขึ้นกับคุณสมบัติของสารเท่านั้น ตัวอย่างเช่น มีคริสตัลที่มีความสำคัญในมุมที่ลำแสงเข้า แอนไอโซโทรปีของคุณสมบัติเป็นที่ประจักษ์ในการหักเหสองด้าน มีสื่อที่โพลาไรซ์ของรังสีที่เข้ามามีความสำคัญ ต้องจำไว้ว่ามุมหักเหขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นของรังสีตกกระทบ อยู่บนความแตกต่างนี้เองที่การทดลองกับการแบ่งแสงสีขาวเป็นรุ้งด้วยปริซึมเป็นพื้นฐาน ควรสังเกตว่าอุณหภูมิของตัวกลางยังส่งผลต่อดัชนีการหักเหของแสงของรังสีด้วย ยิ่งอะตอมของผลึกสั่นสะเทือนเร็วเท่าใด โครงสร้างและความสามารถในการเปลี่ยนทิศทางของการแพร่กระจายของแสงก็จะยิ่งผิดรูปมากขึ้นเท่านั้น
ตัวอย่างค่าดัชนีการหักเหของแสง
เราให้คุณค่าที่แตกต่างกันสำหรับสภาพแวดล้อมที่คุ้นเคย:
- เกลือ (สูตรเคมี NaCl) เป็นแร่ที่เรียกว่า "เฮไลต์" ดัชนีการหักเหของแสงคือ 1.544
- มุมหักเหของแก้วคำนวณจากดัชนีการหักเหของแสง ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุ ค่านี้จะแตกต่างกันไประหว่าง 1.487 ถึง 2.186
- เพชรมีชื่อเสียงในเรื่องการเล่นแสง อัญมณีคำนึงถึงระนาบทั้งหมดเมื่อทำการตัด ดัชนีหักเหของเพชรคือ 2.417
- น้ำบริสุทธิ์จากสิ่งสกปรกมีดัชนีการหักเหของแสงที่ 1.333 H2O เป็นตัวทำละลายที่ดีมาก ดังนั้นจึงไม่มีน้ำบริสุทธิ์ทางเคมีในธรรมชาติ ทุกบ่อน้ำ ทุกสายน้ำมีลักษณะเฉพาะด้วยองค์ประกอบของมัน ดังนั้นดัชนีการหักเหของแสงก็เปลี่ยนไปเช่นกัน แต่เพื่อแก้ปัญหาง่ายๆ ในโรงเรียน คุณสามารถใช้ค่านี้ได้
ดาวพฤหัสบดี ดาวเสาร์ คาลลิสโต
จนถึงตอนนี้ เราได้พูดถึงความงามของโลกแล้ว สภาวะปกติที่เรียกว่าหมายถึงอุณหภูมิและความดันที่เฉพาะเจาะจงมาก แต่มีดาวเคราะห์ดวงอื่นในระบบสุริยะ มีภูมิประเทศที่แตกต่างกันมาก
บนดาวพฤหัสบดี ตัวอย่างเช่น เป็นไปได้ที่จะสังเกตหมอกควันจากอาร์กอนในเมฆมีเทนและกระแสลมฮีเลียม เอ็กซ์เรย์ออโรร่าก็มีทั่วไปเช่นกัน
บนดาวเสาร์ หมอกอีเทนปกคลุมชั้นบรรยากาศไฮโดรเจน ที่ชั้นล่างของโลก ฝนเพชรตกลงมาจากเมฆมีเทนที่ร้อนจัด
อย่างไรก็ตาม Callisto ดวงจันทร์ที่แข็งเป็นน้ำแข็งของดาวพฤหัสมีมหาสมุทรภายในที่อุดมไปด้วยไฮโดรคาร์บอน บางทีแบคทีเรียที่กินกำมะถันอาจอาศัยอยู่ในส่วนลึก
และในแต่ละภูมิประเทศเหล่านี้ การเล่นแสงบนพื้นผิว ขอบ หิ้ง และก้อนเมฆที่ต่างกันทำให้เกิดความสวยงาม