|
Με την συγκεκριμένη εφαρμογή μπορούμε να μελετήσουμε την ανάκλαση και την διάθλαση μια μονοχρωματικής ακτίνας φωτός. Για να σχεδιαστούν οι ακτίνες φωτός άναψε το LASER πατώντας το πλήκτρο 'ΟΝ/OFF'.
Για τον χειρισμό της εφαρμογής μπορείς να σύρεις το LASER από το σημείο εξόδου της ακτίνας και να το περιστρέψεις σύροντας την ακτίνα που εκπέμπει.
Αν θέλεις να μετρήσεις τις γωνίες πρόσπτωσης, ανάκλασης ή διάθλασης ενεργοποίησε το μοιρογνωμόνιο.
Πατώντας 'Μέτρηση' εμφανίζεται μια μετροταινία την οποία μπορείς να την μετακινήσεις και να τραβήξεις το άκρο της ώστε να την ξετυλίξεις και να την περιστρέψεις.
Στην οθόνη φαίνεται ο χρόνος που πέρασε από την στιγμή που εκπέμφθηκε το πρώτο φωτόνιο. Έχοντας την απόσταση και τον χρόνο μπορείς να υπολογίσεις την ταχύτητα του φωτός σε κάθε μέσο.
Σύμφωνα με τον Νεύτωνα το φως αποτελείται από σωματίδια τα οποία συμπεριφέρονται ως ελαστικές σφαίρες όταν ανακλώνται σε μια επιφάνεια.
Από τους νόμους της ελαστικής κρούσης μπορούμε να δείξουμε ότι η γωνία πρόσπτωσης είναι ίση με την γωνία ανάκλασης.
Για την λειτουργία της προσομοίωσης μπορείς να σύρεις και να περιστρέψεις το LASER.
Τσεκάροντας την επιλογή 'Μοιρογνωμόνιο' μπορείς να μετρήσεις την γωνία πρόσπτωσης και ανάκλασης.
Όταν μια ακτίνα φωτός προσπέσει πάνω στην διαχωριστική επιφάνεια δυο μέσων τότε εν μέρη ανακλάται και μέρη διαθλάται. Η ανακλώμενη ακτίνα βρίσκεται στο ίδιο μέσο διάδοσης ενώ η διαθλώμενη σε διαφορετικό. Η γωνία που σχηματίζει η προσπίπτουσα ακτίνα με την κάθετο στην διαχωριστική επιφάνεια ονομάζεται γωνία πρόσπτωσης $θ_π$, η γωνία που σχηματίζει η ανακλώμενη ακτίνα με την κάθετο ονομάζεται γωνία ανάκλασης $θ_α$ ενώ η γωνία που η σχηματίζει η διαθλώμενη ακτίνα με την κάθετο ονομάζεται γωνία διάθλασης $θ_δ$.
(σχ. 1)
Οι προσπίπτουσα η ανακλώμενη και η διαθλώμενη ακτίνα βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο, στο επίπεδο πρόσπτωσης το οποίο καθορίζεται από την προσπίπτουσα ακτίνα και την κάθετη στην διαχωριστική επιφάνεια στο σημείο πρόσπτωσης.
Η διαθλώμενη ακτίνα κάμπτεται (θλάται) καθώς περνά από το ένα μέσο στο άλλο. Η αιτία αυτής της κάμψης είναι γιατί το φως διαδίδεται με διαφορετική ταχύτητα στο δεύτερο μέσο.
Υπάρχει ένα μέγεθος που μας δείχνει πόσο καθυστερεί το φως καθως διαδίδεται σε ένα διαφανές μέσο. Το μέγεθος αυτό ονομάζεται δείκτης διάθλασης και ορίζεται ως το πηλίκο της ταχύτητας διάδοσης του φωτός στο κενό προς την ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο μέσο αυτό.
|
$$n=\frac{c}{υ}$$ |
$$(2)$$ |
Όπου $c$ η ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο κενό και $υ$ η ταχύτητα διάδοσης του φωτός στο μέσο. Έχουμε ήδη δει πως το φως αποτελείται από σωματίδια που ονομάζοναι φωτόνια. Τα σωματίδια αυτά υπάρχουν μόνο στο κενό και με αποτέλεσμα να κινούνται μόνο με $c$. Σε μια τέτοια περίπτωση πως μπορούμε να λέμε πως το φως στο μέσο κινείται με ταχύτητα $υ<c$. Πρέπει να τονιστεί πως $υ$ είναι ταχύτητα του φωτός που παρατηρούμε εμείς (μακροσκοπικά) όμως ενώ τα φωτόνια κινούνται μόνο με ταχύτητα $c$, απορροφούνται από τα άτομα και εκπέμπονται νέα φωτόνια αυτή η διαδικασία εισάγει μια καθυστέρηση που την αντιλαμβανόμαστε ως μικρότερη ταχύτητα του φωτός.
Από την παραπάνω εξίσωση προκύπτει πως ο δείκτης διάθλασης του κενού είναι μονάδα και σε οποιαδήποτε άλλο μέσο είναι μεγαλύτερος της μονάδας.
Όσο μεγαλύτερος είναι ο δείκτης διάθλασης ενός μέσου τόσο μικρότερη είναι η ταχύτητα του φωτός στο μέσο αυτό και τόοο μικρότερη είναι η γωνία διάθλασης δηλαδή η διαθλώμενη ακτίνα πλησιάζει προς την κάθετο.
Ο νόμος που καθορίζει την πορεία της διαθλώμενης ακτίνας καθώς φως από ένα μέσο $1$ με δείκτη διάθλασης $n_1$ και γωνία πρόσπτωσης $θ_1$ διαθλάται και διαδίδεται σε ένα δεύτερο μέσο $2$ με δείκτη διάθλασης $n_2$ και γωνία διάθλασης $θ_2$ ανακαλύφθηκε από τον snell και είναι ο
$$n_1\,\mathsf{ημ}\,θ_1=n_2\,\mathsf{ημ}\,θ_2$$ | 
