|
ΣΤΕΡΓΙΟΣ ΠΕΛΛΗΣ | 6:37 μ.μ. | | | Best Blogger Tips

ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΜΕΣΑ ΣΤΗΝ ΥΛΗ


ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΜΕΣΑ ΣΤΗΝ ΥΛΗ 

  Ο λόγος για τον οποίο το φως διαθλάται, καθώς διέρχεται από το ένα υλικό μέσο στο άλλο,είναι ότι η  ταχύτητά του έχει διαφορετικές τιμές στα δύο μέσα.
  Το φως διαδίδεται στο κενό με ταχύτητα 3·108m/s.Μέσα όμως σε κάποιο υλικό η  ταχύτητα του φωτός είναι πάντα μικρότερη  από τη c0.Για διευκόλυνσή μας ορίζουμε ένα συντελεστή που ισούται με  το πηλίκο της  ταχύτητας c0 του φωτός στο κενό προς την ταχύτητα c μέσα σε κάποιο υλικό και ονομάζεται δείκτης διάθλασης n του υλικού μέσου. Ισχύει δηλαδή:

n = ταχύτητα φωτός στο κενόταχύτητα φωτός στο μέσο = c0c



  
  Επειδή η ταχύτητα του φωτός μέσα σε ένα υλικό είναι πάντα μικρότερη  από την ταχύτητά του στο κενό,από τον ορισμό προκύπτει ότι ο δείκτης διάθλασης για οποιοδήποτε υλικό είναι πάντα μεγαλύτερος από τη μονάδα,ενώ για το κενό ισχύει n = 1.
Εικόνα που δείχνει τη μείωση του μήκους κύματος, όταν το φως διέρχεται από οπτικά αραιότερο σε οπτικά πυκνότερο μέσο. Ισχύει στην περίπτωση αυτή n2 > n1, και λ2 < λ1
Το οπτικά πυκνότερο μέσο είναι αυτό που έχει το μεγαλύτερο δείκτη διάθλασης
 Όταν το φως διαπερνά μία διαχωριστική επιφάνεια δύο μέσων (π.χ.από  τον αέρα στο γυαλί),η συχνότητα f παραμένει αμετάβλητη.Τούτο γίνεται σαφές,αν σκεφτούμε το εξής: το φως είναι κύμα,άρα ο αριθμός των μηκών κύματος που προσπίπτουν στη διαχωριστική επιφάνεια,ανά μονάδα χρόνου, είναι ίσος με τον αριθ-μό των μηκών κύματος που διέρχονται από αυτήν  ανά μονάδα χρόνου. Αν δε συνέβαινε αυτό,η διαχωριστική επιφάνεια έπρεπε να δημιουργεί  νέα κύματα ή να εξαφανίζει τα ήδη  υπάρχοντα.Δεν έχει παρατηρηθεί όμως τέτοιος μηχανισμός, που σημαίνει ότι η συχνότητα παραμένει σταθερή,καθώς το φως διέρχεται από τη διαχωριστική επιφάνεια. 
   Εφαρμόζοντας τη θεμελιώδη εξίσωση της κυματικής έχουμε διαδοχικά:

c00·f  για το κενό και 

c=λ·f για οπτικό μέσο διαφορετικό του κενού.

  Διαιρώντας τις δύο σχέσεις κατά μέλη προκύπτει:

c0/c=λ0/λ και, λόγω της η=c0/c,είναι:

n =λ0λ

  Τελικά ισχύει:
λ = λ0n

  
  Η τελευταία σχέση μάς πληροφορεί ότι φως με μήκος κύματος λ0 στο κενό υφίσταται μεταβολή του μήκους κύματος του,όταν εισέρχεται σε ένα μέσο με δείκτη διάθλασης n.
 Ας δούμε τι συμβαίνει, όταν το φως διαδίδεται σε δύο διαφορετικά υλικά με δείκτες διάθλασης n1 και n2, αντίστοιχα,με n2>n1.Εφαρμόζοντας την λ=λο/η για τα δύο οπτικά μέσα, έχουμε:

λ1 = λ0n1         και     λ2 = λ0n2   
  
  Διαιρώντας κατά μέλη τις δυο εξισώσεις έχουμε::
λ1λ2 = n2n1 και, επειδή n2 > n1, προκύπτει λ1 > λ2

 Η τελευταία ανισότητα μας πληροφορεί ότι το μήκος κύματος στο οπτικά πυκνότερο μέσο, δηλαδή στο μέσο που έχει μεγαλύτερο δείκτη διάθλασης,έχει μικρότερη τιμή από αυτή στο οπτικά αραιότερο.
  Επειδή για το κενό είναι εξ ορισμού n=1, γίνεται κατανοητό ότι το μήκος κύματος θα έχει τη μεγαλύτερη τιμή λ0 στο κενό. Ως μονάδα μέτρησης του μήκους κύματος για το ορατό φως χρησιμοποιείται υπο-πολλαπλάσιο του 1m, το 1νανόμετρο (1nm=10-9m).

Ο παρακάτω πίνακας δείχνει τους δείκτες διάθλασης διάφορων υλικών που έχουν υπολογιστεί με φως μήκους κύματος λ0 = 589nm (κίτρινο χρώμα του νατρίου στο κενό).

Υλικό

Δείκτης Διάθλασης


Αέρια (0°C, 1Atm)


Αέρας1,000293


Διοξείδιο του άνθρακα (CO21,00045


Στερεά



Πάγος (H2O)1,309


Ορυκτό άλας (NaCl)1,544


Χαλαζίας (SiO2)1,544

Φθορίτης (CaF2)1,434


Ορυκτό ζιρκόνιο (ZrO2 . SiO2)1,923


Αδάμας (C)2,417


Ύαλοι (τυπικές τιμές)1,5 - 1,9

Υγρά σε θερμοκρασία 20°C


Μεθανόλη (CH3OH)1,329


Νερό (H2O)1,333


Αιθανόλη (C2H5OH)1,360


Τετραχλωράνθρακας (CCl4)1,460


Γλυκερίνη1,473


Βενζόλιο

1,501




 Συμπερασματικά λοιπόν μπορούμε να πούμε ότι: όταν το φως διαδίδεται σε ένα οπτικό μέσο, διατηρεί αμετάβλητα την ταχύτητα (c), το μήκος κύματος (λ) και τη συχνότητα (f), ενώ, όταν αλλάζει οπτικό μέσο, τότε αλλάζουν τα μεγέθη και λ, αλλά διατηρείται σταθερό το  f, που είναι και η συχνότητα της πηγής που παράγει το φως.




Παρακαλώ αναρτήστε:

author

ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΙΩΑΝΝΙΝΩΝ τμήμα ΦΥΣΙΚΗΣ τομέαs ΑΣΤΡΟΓΕΩΦΥΣΙΚΗΣ μέλοs τηs ΕΝΩΣΗΣ ΕΛΛΗΝΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ

Αποκτήστε δωρεάν ενημερώσεις!!!

ΠΑΡΑΔΙΔΟΝΤΑΙ ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ,ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑΣ ΓΙΑ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΤΑΞΕΙΣ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΚΑΙ ΛΥΚΕΙΟΥ------------ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΦΟΙΤΗΤΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Α.Ε.Ι , Τ.Ε.Ι. ΚΑΙ Ε.Μ.Π.------------ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ------------ Τηλέφωνο κινητό : 6974662001 ------------ Τηλέφωνο οικίας :210 7560725 ------------ Email : sterpellis@gmail.com

ΠΑΡΑΔΙΔΟΝΤΑΙ ΙΔΙΑΙΤΕΡΑ ΜΑΘΗΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ,ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΧΗΜΕΙΑΣ ΓΙΑ ΟΛΕΣ ΤΙΣ ΤΑΞΕΙΣ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΚΑΙ ΛΥΚΕΙΟΥ ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΦΟΙΤΗΤΩΝ ΚΑΙ ΣΠΟΥΔΑΣΤΩΝ ΓΙΑ ΤΙΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ Α.Ε.Ι , Τ.Ε.Ι. ΚΑΙ Ε.Μ.Π. ------------------------------------ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑ Τηλέφωνο κινητό : 6974662001 Τηλέφωνο οικίας :210 7560725 Email : sterpellis@gmail.com