Фізика. 9 клас. Сиротюк

§ 12. Заломлення світла на межі поділу двох середовищ. Закон заломлення світла

Ще в давні часи люди стверджували, що палиця, опущена у воду, на межі повітря-вода є ніби зламаною. Вийнята з води, вона виявляється цілою. Так людина вперше зіткнулася з явищем заломлення світла.

Першим це явище почав вивчати давньогрецький природодослідник Клеомед (І ст. н. е.). Він установив, що промінь світла, який поширюється під кутом з менш густого оптичного середовища в більш густе, наприклад з повітря у воду, змінює свій напрямок, тобто заломлюється. Пояснюючи свою думку, Клеомед говорив, що під певним кутом ми не будемо бачити предмет, що лежить на дні посудини (мал. 135), але якщо налити в посудину води, предмет буде видно.

Таким чином, на думку Клеомеда, завдяки заломленню променів можна бачити Сонце, що зайшло за горизонт.

Інший давньогрецький учений Клавдій Птоломей (II ст. н. е.) дослідним шляхом визначив величину, що характеризує заломлення променів світла під час переходу їх з повітря у воду, з повітря у скло і з води у скло.

Мал. 135

Мал. 136

Дослід 1. Спрямуємо на тонкостінну посудину з підфарбованою водою, що має форму прямокутного паралелепіпеда, промінь світла. Ми бачимо, що на межі двох середовищ світловий промінь змінює свій напрямок: відбивається і заломлюється (мал. 136, а).

Зміну напрямку поширення світла при його переході через межу поділу двох оптично прозорих середовищ називають заломленням світла.

Виконаємо креслення (мал. 136, б). Дослід показує, що кут відбивання світла β дорівнює куту падіння світла α, а під час переходу променя з повітря у воду кут заломлення світла γ (гамма) менший за кут падіння світла α. Крім того, бачимо, що падаючий і заломлений промені світла лежать в одній площині з перпендикуляром, проведеним до поверхні поділу двох середовищ у точку падіння світла. Під час переходу променя світла з води в повітря кут заломлення світла γ0 більший за кут падіння світла α0.

Цей дослід показує, що під час переходу світлового променя з одного середовища в інше падаючий і заломлений промені світла лежать в одній площині з перпендикуляром, проведеним до площини поділу двох середовищ у точку падіння променя світла; залежно від того, з якого середовища в яке переходить промінь світла, кут заломлення променя світла може бути більшим або меншим за кут падіння світла.

Різні середовища по-різному заломлюють світлові промені. Наприклад, алмаз заломлює промені світла більше, ніж вода або скло.

Середовище, яке заломлює світло, може бути твердим, рідким і газуватим, але воно має бути прозорим, тобто таким, через яке промені світла проходять наскрізь.

Світлові промені заломлюються, оскільки вони поширюються в різних середовищах (тілах) з неоднаковою швидкістю. У повітрі швидкість поширення світла більша, ніж у воді, у воді більша, ніж у склі.

Дослід 2. Помістимо в посудину з водою спеціальне джерело світла, від якого в різні боки поширюються промені світла (мал. 137). Промінь світла, що падає перпендикулярно до межі вода-повітря, не заломлюється.

Мал. 137

Промені світла, що падають під різними кутами до поверхні води, заломлюються по-різному. Але є промені світла, які взагалі не переходять з води в повітря, а повністю відбиваються від її поверхні. Явище, коли промені світла не виходять із середовища і повністю відбиваються всередину, називають повним внутрішнім відбиванням світла.

Явище повного внутрішнього відбивання світла використовують у спеціальних приладах - світловодах. Світловоди (мал. 138) широко використовують для передачі зображень предметів з будь-якого місця на будь-які відстані.

Мал. 138

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. Де може відбуватися заломлення світла?
  • 2. Які закони заломлення світла ви знаєте?
  • 3. Наведіть приклади заломлення світла.