Чем больше показатель преломления тем длина волны

Ликбез по очковым линзам. (Часть III). Показатель преломления и дисперсия света. Л. А. Алексеева

Когда световой поток входит в более плотный, чем воздух, прозрачный материал, то скорость света в этом материале уменьшается. Если свет входит в другую среду параллельно нормали, то он замедляет свое движение в этой среде и восстанавливает начальную скорость на выходе из нее. (Рис.1)

Если свет входит в материал под углом, направление его на выходе из более плотной среды изменяется. Чем плотнее материал, тем больше замедляется движение света и тем сильнее он отклоняется от своего первоначального направления.

Плотность любого материала характеризуется показателем преломления.

Показатель преломления (n) это соотношение скорости света в вакууме к скорости света в прозрачной среде. Это абсолютный показатель преломления.

где С- скорость света в вакууме

V- скорость света в прозрачной среде

Отношение значений скорости света в двух средах называется относительным показателем преломления.

Показатель преломления может измеряться для разных длин волн. Так например в Европе он измеряется для зеленой длины волны (546.07 нм) и обозначается ne, в Америке – для линии гелия (587,56 нм) и обозначается nd.

Рассмотрим показатели преломления различных оптических сред.

Материал. Показатель преломления

Стекловидное тело. 1,333

Стекло (крон). 1,523

Пластик CR –39. 1,49

Бариевое стекло. 1,602

Стекло флинт. 1,805

Очковые линзы могут иметь

стандартный показатель преломления 1,49 – 1,54,

средний показатель преломления 1,54 – 1,64

высокий показатель преломления 1,64 – 1,74

очень высокий показатель преломления свыше – 1,74

Сегодня очковые линзы изготовленные из минерального стекла могут иметь показатель преломления от 1,52 до 1,9, а линзы из органических материалов от 1,49 до 1,74.

Чем больше показатель преломления, тем тоньше линза.

Для примера рассмотрим линзу с оптической силой –10,0 дптр из органического материала CR –39 (ne=1,49), где ne – показатель преломления. Она обладает очень крутой задней поверхностью. Та же линза из материала с показателем преломления 1,61 будет иметь более пологую заднюю поверхность, из – за того, что ее материал более сильно отклоняет световой луч. При этом будет обеспечена необходимая коррекция зрения, а за счет пологой задней поверхности уменьшится толщина линзы по краю и ее объем.

По методике, предложенной компанией «Essilor» (Insigt/ Essilor UK Edition.2000. №2) можно вычислить фактор изменения кривизны CVF (Curve Variation Factor) который позволяет сравнивать вид линз из высокопреломляющих материалов с линзами из CR – 39 и наглядно объяснять покупателю насколько тоньше предлагаемая линза.

Пример: Сравним линзы с оптической силой – 8,0 дптр из органического материала с ne=1,74 и из материала CR –39 ne=1,49

Вычислим фактор изменения кривизны

Если умножить CVF на оптическую силу линзы, то можно получить цифру, соответствующую по толщине линзе из предложенного высокопреломляющего материала.

т.е. линза из материала 1,74 с оптической силой –8,0 дптр будет выглядеть как линза –5,36 дптр.

Линзы с высоким показателем преломления (n) иногда называют высокоиндексными (high index).

Увеличение показателя преломления (n) приводит к уменьшению толщины линзы и ее объема при той же оптической силе; что ведет к снижению веса. Для минеральных линз характерно то, что с увеличением n возрастает удельный вес, в результате чего линза вдвое тоньше обычной, весит столько же, сколько линза из стандартного очкового стекла.

Иногда линзы с высоким показателем преломления называют «облегченными». Действительно, за счет более плоских поверхностей эти линзы более тонкие, но по весу они практически не отличаются от обычных минеральных линз с n = 1,523).Они имеют более высокую плотность, за счет введения в его состав оксидов свинца, титана (иногда используются такие элементы, как ниобий, цирконий, лантан).

Кроме показателя преломления к основным параметрам оптических материалов относится дисперсия света.

Скорость распространения света в одной и той же среде зависит от длины волны излучения и величина показателя преломления зависит от длины волны.

Зависимость показателя преломления оптической среды от длины волны светового излучения называется дисперсией света.

Средняя дисперсия – характеризует различное преломление света для разных длин волн (синей и красной).

nF – nC

Число Аббе – это величина, обратная относительной средней дисперсии для среднего показателя преломления nd или nе. Это важная характеристика стекла, т.к. она свидетельствует о наличии хроматических аберраций, вызывающих снижение остроты зрения у носящих очки. Число Аббе обозначается буквой v (ню) и рассчитывается по формуле:

vd = nd –1/ nF – nC для желтой линии спектра

или ve = ne –1/ nF – nC для зеленой линии спектра.

Как правило, чем больше показатель преломления, тем меньше число Аббе и более выражена хроматическая дисперсия. Число Аббе для очковых линз варьируется от 30 до 58. Чем больше число Аббе, тем «комфортнее» линзы.

Дисперсия света является причиной разложения естественного белого света на монохроматические составляющие – спектр – при прохождении его через преломляющую дисперсионную призму. Спектр белого света в порядке убывания длин волн состоит из семи цветов, плавно переходящих друг в друга: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового.

Дисперсией света объясняется радужная окраска изображений, наблюдаемых через линзу. Края линзы, подобно призме, разлагают свет на составляющие, окрашивая рассматриваемые предметы в радужные ореолы.

Этот недостаток линз называется хроматической аберрацией. И чем выше рефракция линз, тем более выраженная призма присутствует по краю. Особенно важно считаться с этим явлением при высоких рефракциях линз (свыше +/- 7,0 дптр).

Одним из существенных недостатков линз из высокопреломляющих материалов является увеличение отражения света от их поверхностей.

Устранить эту проблему можно с помощью качественных просветляющих покрытий.

Опубликовано с разрешения Л. А. Алексеевой

Что такое показатель преломления среды?

Для исследования проб в профильных лабораториях активно применяются спектрофотометры. Такие модели, как В-1200 позволяют получить точные данные по необходимым параметрам. Чтобы узнать показатель преломления среды (ППС) — величину, характеризующую уменьшение скорости рассеивания светового потока в среде относительно скорости его рассредоточения в вакууме, также используется спектрофотометр.

От чего зависит ППС?

Если рассматривать луч как волну, то преломление выступает следствием изменения скорости её рассеивания в момент входа в одну среду из другой. Абсолютный ППС напрямую связан с состоянием среды, в которой происходит рассредоточение света. То есть на конечный результат оказывают влияние такие факторы, как:

• плотность вещества;
• уровень температуры;
• присутствие упругих напряжений.

Характеристики света также оказывают влияние на показатель преломления. То есть немаловажную роль играют длина волны или частота света. Например, у зелёного света ППС больше, чем у красного, но меньше, чем у фиолетового. Ослабление луча средой описывается разными формулами в зависимости от размеров поглощающих и рассеивающих частиц, которые в ней содержатся.

ППС любой среды больше единицы. Чем выше показатель преломления, тем ниже скорость рассредоточения света. При сравнении двух ППС применяется понятие оптической плотности. Среда, абсолютный показатель преломления которой меньше, называется оптически менее плотной.

Физический смысл АППС среды (n) можно выразить отношением скорости светового потока c в вакууме к аналогичному показателю ? в среде: n=c/?.

От ППС зависит, как луч изменит своё направление в момент прохождения границы сред. Ещё этот показатель применяется для определения угла Брюстера и критического угла полного внутреннего отражения, доли светового потока, исходящего от границы прозрачных сред. Для удобного тестирования проб и получения точных показателей рекомендуется использовать спектрофотометр В-1100, который вы можете приобрести в нашей компании.

Закон преломления света

Мы уверены, что вы хотя бы раз в жизни задумывались, откуда берется радуга. Даже малышам известно, что она появляется на небе после дождя, но почему происходит это явление? А если вы посмотрите на свои ноги, погруженные в воду, то они будут казаться искаженными, словно волнистыми. И еще пример странности: если поставить ложку в прозрачный стакан с водой, на границе раздела двух сред она будет выглядеть согнутой.

· Обновлено 31 января 2024

Интересно, но все перечисленные выше явления происходят по одной и той же причине — преломление лучей света. Сегодня мы подробно изучим его, а также поговорим про оптическую плотность различных сред, законы оптики и даже применим знания тригонометрии к физическим процессам. Будет очень интересно, так что не переключайтесь!

Что такое преломление света в физике

Преломление света — это явление, при котором световые лучи изменяют направление движения при переходе из одной среды в другую.

Здесь мы будем говорить только о прозрачных средах и веществах. Например о воздухе, воде, стекле, прозрачных кристаллах. То есть если лучи света из одной прозрачной среды переходят в другую прозрачную среду, то луч света в месте их соприкосновения исказится. Он изменит направление, в котором распространяется его движение. При этом, скорость распространения в другой среде тоже изменится, но об этом поговорим чуть позже.

Открыть диалоговое окно с формой по клику

Дисперсия света и оптическая плотность среды

Теперь, когда вы знаете о преломлении лучей, попробуйте объяснить возникновение радуги. Верно! Солнечные лучи распространяются в воздухе и встречают на своем пути мельчайшие капельки воды. Когда лучи проходят через них, они преломляются. Помимо этого, преломляясь, белый луч света будто расщепляется на радужный спектр от красного до фиолетового цветов, рождая при этом радугу.

Явление разложения света на спектральные цвета при прохождении через оптически плотное вещество называется дисперсия.

Теперь вам может стать интересно, реально ли получить радугу самим, в условиях эксперимента. Если да, то нам нравится ваше научное любопытство! Самостоятельно получить радугу возможно, и впервые этот опыт проделал ученый Исаак Ньютон. Он направил световой луч через прозрачную стеклянную призму и получил радужный спектр.

Это интересно

Свет может давать разные цвета, которые зависят от длины его волны. Например, самые длинные волны красного цвета, а самые короткие — фиолетового.

Внимательно посмотрите на картинку. Световой луч, если бы не разница в оптической плотности между воздухом и стеклом, не изменил бы свое направление. Он продолжил бы двигаться, как ни в чем не бывало. Но по законам геометрической оптики, он был вынужден исказиться дважды: при переходе из воздуха в стекло и еще раз, при переходе из стекла в воздух. Этот излом луча происходит благодаря такому показателю, как оптическая плотность среды.

Среда, в которой скорость распространения света меньше, — это оптически более плотная среда, и наоборот.

Этот показатель можно сравнить с обыкновенной плотностью. Только представьте: луч света распространяется в воздухе. Воздух — это газ, он состоит из бесконечного множества молекул. Расстояние между ними достаточно велико, что позволяет свету распространяться без каких-либо помех. При переходе из воздуха в воду (или стекло, кристалл), луч «замечает»: вещество также состоит из мельчайших частиц, но они расположены друг к другу ближе. «Проталкиваясь» среди молекул, луч теряет свою скорость. Это можно сравнить с тем, как вы бы проходили через толпу на танцполе к сцене, где выступает ваша любимая группа. Быстро это сделать точно бы не получилось.

Какая профессия тебе подходит? Узнай за 10 минут!

Получи больше пользы от Skysmart:

• Подготовься к ОГЭ на пятёрку.
• Подготовься к ЕГЭ по 3 предметам на 240+ баллов с гарантией.

Угол падения и угол преломления луча

Давайте посмотрим на процесс преломления с точки зрения геометрии. Для этого обратимся к схеме ниже.

Угол α на картинке — угол падения — это угол между падающим лучом и перпендикуляром, проведенным в точку падения луча на границу раздела сред. Угол γ — угол преломления — это угол между преломленным лучом и перпендикуляром, проведенным в точку падения луча на границу раздела сред.

Теперь рассмотрим картинку ниже и разберемся, как меняется угол преломления света при переходе в вещества разной плотности оптической среды.

Из иллюстрации можно сделать такие выводы:

1. При переходе света из менее плотной оптической среды в более плотную, скорость уменьшается, и угол преломления меньше угла падения.
2. При переходе света из более плотной оптической среды в менее плотную, скорость увеличивается, и угол преломления больше угла падения.
3. При переходе света из одной среды в другую с такой же оптической плотностью, скорость распространения не изменяется, и угол падения равен углу преломления.

Показатель преломления лучей света

Сейчас вы можете задуматься о том, относительно чего искажается луч света. Может, есть какие-то физические величины или показатели, которые показывают степень излома луча? Да, такие в физике имеются. За эти характеристики отвечают показатели преломления: абсолютный и относительный. Рассмотрим их все.

Абсолютный показатель преломления света

Абсолютный показатель преломления — безразмерная величина, показывающая отношение скорости света в вакууме к скорости распространения в среде.

Абсолютный показатель преломления обозначается буквой [n]. Его можно рассчитать по формуле:

с — скорость света в вакууме (с=3 * 10 8 м/с),

v — скорость распространения света в среде.

Эта величина показывает, во сколько раз меняется скорость света при переходе из вакуума в воздух, воду, стекло и т. д. Абсолютный показатель преломления n некоторых веществ можно найти в таблице ниже.

Как мы видим, абсолютный показатель преломления воздуха равен 1. Это означает, что при переходе из вакуума в воздух, луч света никак не искажается. А вот при переходе из вакуума в алмаз, скорость распространения света уменьшается почти в 2,5 раза!

Относительный показатель преломления

Относительный показатель преломления — безразмерная величина, показывающая отношение абсолютных показателей преломления двух сред.

Этот показатель указывает на то, во сколько раз изменится скорость распространения луча при переходе из одной среды в другую. Его можно рассчитать по такой формуле:

n1 — показатель преломления 1-й среды,

n2 — показатель преломления 2-й среды.

Открыть диалоговое окно с формой по клику

Закон преломления света

Давайте разберемся, как мы можем найти угол преломления и угол падения, если знаем относительный или абсолютный показатель. В этом нам помогут законы преломления света. В свое время их изучал голландский математик Виллеброрд Снелл, именно поэтому их часто называют законами Снеллиуса или Снелла.

Рассмотрим формулировку законов преломления.

1. Падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
2. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ — это постоянная величина для двух данных сред:

Благодаря этой формуле мы можем найти угол преломления и угол падения. Круто, правда?

Если вы не сильно дружны с математикой, а от синусов и косинусов хочется упасть в обморок — не расстраивайтесь! Чтобы решать задачи о преломлении света, вам не нужно знать мельчайшие нюансы тригонометрии. Достаточно запомнить формулу, а также иметь при себе великую таблицу Брадиса. Это такая таблица, в которой записаны все значения тригонометрических функций углов от нуля до 90 градусов. А значит, не нужно ничего заучивать и запоминать — можно просто воспользоваться готовыми данными.

Мнимое изображение, которое образовано преломлением лучей

Давайте вспомним еще пару примеров, о которых говорили ранее: об «изломанной» ложке и «волнистых» ногах в бассейне. Давайте попытаемся объяснить их с точки зрения законов физики.

Преломление лучей, как и отражение света плоским зеркалом, создает обманчивое изменение положения источника света. Причем оно будет различным для лучей, которые падают на границу раздела двух сред под разными углами. Именно поэтому нам только кажется, что ложка сломана — такой ее делают преломляющиеся лучи света.

В разных устройствах применяют эти свойства преломления, когда пропускают лучи света через стеклянную призму и через их сочетания. Например, как это делал Исаак Ньютон в эксперименте, который мы рассмотрели ранее. Ниже — схема преломления лучей через разные виды призм.

Полное внутреннее отражение

Последнее, что мы обсудим сегодня, касается процесса полного внутреннего отражения. Давайте разберемся, как он связан с преломлением.

Полное внутреннее отражение – это явление, при котором свет, падающий на границу двух сред из среды с большим показателем преломления под углом, превышающим предельный угол α пр, не преломляется, а полностью отражается, так что энергия падающего света отражается в первую среду.

Интересно, что явление полного внутреннего отражения используется в волоконной оптике — для передачи световых сигналов на большие расстояния.

В свою очередь, волоконную оптику используют во многих отраслях науки и искусства: в медицине, телекоммуникациях, датчиках различного спектра и освещении.

Примеры задач

Теперь попробуем решить задачку и заодно повторим все, о чем сегодня поговорили.

Задание № 1

Известно, что показатель преломления воздуха и некоторой среды равен 3. Если угол между лучом и границей двух сред 30°, то каким будет угол преломления?

Решение

1. Воспользуемся формулой, описанной во втором законе преломления:
2. Проанализировав текст задачи, мы видим, что нам дано значение угла между лучом и границей, а не угол падения. Найдем угол падения: ∠α = 90 – 30 = 60.
3. Выразим из формулы: sin(y) = sinα / n₂₁.
4. Подставим значения и рассчитаем угол преломления:

Ответ: 30°.

Если вы хотите детально разобраться в законах отражения и преломления света, а также попрактиковаться в решении задач, приходите на онлайн-курсы физики в школу Skysmart! Там вы не только станете экспертом в школьных темах, но еще подготовитесь к экзаменам, а также превратитесь в настоящих ученых с нашими опытами и лабораторными работами. Ждем вас, юные ученые, и до новых встреч!

свет какого цвета наиболее (наименее) преломляется призмой?

Диспе́рсия све́та (разложение света) — это явление, обусловленное зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия) , или, то же самое, зависимость фазовой скорости света в веществе от длины волны (или частоты) .

Один из самых наглядных примеров дисперсии — разложение белого света при прохождении его через призму (опыт Ньютона) .

Сущностью явления дисперсии является неодинаковая скорость распространения лучей света c различной длиной волны в прозрачном веществе — оптической среде (тогда как в вакууме скорость света всегда одинакова, независимо от длины волны и следовательно цвета) . Обычно чем больше частота волны, тем больше показатель преломления среды и меньше ее скорость света в ней:
— у красного цвета максимальная скорость в среде и минимальная степень преломления,
— у фиолетового цвета минимальная скорость света в среде и максимальная степень преломления.

Источник: http://ru.wikipedia.org/wiki/Дисперсия_света
Остальные ответы

1.На сколько цветов разлагается луч света?
a. 5
b. 6
c. 7
d. 8
2. Почему лучи разных цветов по разному преломляются в призме?
a. На самом деле одинаково преломляются
b. Показатель преломления зависит от длины волны или частоты
c. Лучи разного цвета падают под разными углами
d. Среди ответов нет верного
3. Кто впервые разложил белый свет в спектр при помощи призмы?
a. Френель
b. Ньютон
c. Юнг
d. Рентген
4. Какому цвету соответствует наибольшая длина волны?
a. Фиолетовый
b. Зелёный
c. Жёлтый
d. Красный
5. Зеленые листья растений – зелёные, потому что …
a. Они поглощают зелёную часть спектра
b. Они отражают все, кроме зелёного цвета
c. Они поглощают все лучи, кроме зелёного
d. Среди ответов нет верного
6. После прохождения белого света через красное стекло свет становится красным. Это происходит из-за того, что свето¬вые волны других цветов в основном
a. отражаются
b. поглощаются
c. рассеиваются
d. преломляются