Hoy revelaremos cuál es el ángulo de refracción de una onda electromagnética (la llamada luz) y cómo se forman sus leyes.
Ojo, piel, cerebro
El hombre tiene cinco sentidos principales. Los científicos médicos distinguen hasta once sensaciones disímiles diferentes (por ejemplo, una sensación de presión o dolor). Pero la gente obtiene la mayor parte de su información a través de sus ojos. Hasta el noventa por ciento de los hechos disponibles que el cerebro humano conoce son vibraciones electromagnéticas. Entonces, la gente en su mayoría entiende la belleza y la estética visualmente. El ángulo de refracción de la luz juega un papel importante en esto.
Desierto, lago, lluvia
El mundo que nos rodea está impregnado de luz solar. El aire y el agua forman la base de lo que le gusta a la gente. Por supuesto, hay una dura belleza en los paisajes áridos del desierto, pero la mayoría de la gente prefiere un poco de humedad.
El hombre siempre ha estado fascinado por los arroyos de montaña y los ríos suaves de las tierras bajas, los lagos tranquilos y las olas del mar que siempre se balancean, las salpicaduras de una cascada y el frío sueño de los glaciares. Más de una vez todos han notado la belleza del juego de luces en el rocío sobre la hierba, el brillo de la escarcha en las ramas, la blancura lechosa de la niebla y la belleza sombría de las nubes bajas. Y todos estos efectos se creangracias al ángulo de refracción del haz en el agua.
Ojo, escala electromagnética, arcoiris
La luz es una fluctuación del campo electromagnético. La longitud de onda y su frecuencia determinan el tipo de fotón. La frecuencia de vibración determina si será una onda de radio, un rayo infrarrojo, un espectro de algún color visible para una persona, ultravioleta, rayos X o radiación gamma. Los humanos son capaces de percibir con sus ojos vibraciones electromagnéticas con longitudes de onda que van desde 780 (rojo) a 380 (violeta) nanómetros. En la escala de todas las olas posibles, esta sección ocupa un área muy pequeña. Es decir, las personas no son capaces de percibir la mayor parte del espectro electromagnético. Y toda la belleza accesible al hombre es creada por la diferencia entre el ángulo de incidencia y el ángulo de refracción en el límite entre los medios.
Vacío, Sol, planeta
El Sol emite fotones como resultado de una reacción termonuclear. La fusión de los átomos de hidrógeno y el nacimiento del helio van acompañados de la liberación de una gran cantidad de partículas diversas, incluidos los cuantos de luz. En el vacío, las ondas electromagnéticas se propagan en línea recta ya la mayor velocidad posible. Cuando entra en un medio transparente y más denso, como la atmósfera terrestre, la luz cambia su velocidad de propagación. Como resultado, cambia la dirección de propagación. Cuánto determina el índice de refracción. El ángulo de refracción se calcula utilizando la fórmula de Snell.
Ley de Snell
El matemático holandés Willebrord Snell trabajó toda su vida con ángulos y distancias. Entendió cómo medir distancias entre ciudades, cómo encontrar un determinadopunto en el cielo. Con razón encontró un patrón en los ángulos de refracción de la luz.
La fórmula de la ley se ve así:
- 1sen θ1 =n2sen θ2.
En esta expresión, los caracteres tienen el siguiente significado:
- 1 y n2 son los índices de refracción del medio uno (desde donde cae el haz) y el medio 2 (entra en él).);
- θ1 y θ2 son los ángulos de incidencia y refracción de la luz, respectivamente.
Explicaciones de la ley
Es necesario dar algunas explicaciones a esta fórmula. Los ángulos θ significan el número de grados que se encuentra entre la dirección de propagación del haz y la normal a la superficie en el punto de contacto del haz de luz. ¿Por qué se usa normal en este caso? Porque en realidad no existen superficies estrictamente planas. Y encontrar la normal a cualquier curva es bastante simple. Además, si en el problema se conoce el ángulo entre el límite del medio y el haz incidente x, entonces el ángulo requerido θ es justo (90º-x).
La mayoría de las veces, la luz pasa de un medio más enrarecido (aire) a uno más denso (agua). Cuanto más cerca están los átomos del medio entre sí, más fuerte se refracta el haz. Por lo tanto, cuanto más denso sea el medio, mayor será el ángulo de refracción. Pero también ocurre al revés: la luz cae del agua al aire o del aire al vacío. En tales circunstancias, puede surgir una condición en la que n1sin θ1>n2. Es decir, todo el haz se reflejará de vuelta al primer medio. Este fenómeno se llama interno total.reflexión. El ángulo en el que se producen las circunstancias descritas anteriormente se denomina ángulo límite de refracción.
¿Qué determina el índice de refracción?
Este valor depende únicamente de las propiedades de la sustancia. Por ejemplo, hay cristales para los que importa en qué ángulo entra el haz. La anisotropía de propiedades se manifiesta en la birrefringencia. Hay medios para los que la polarización de la radiación entrante es importante. También hay que recordar que el ángulo de refracción depende de la longitud de onda de la radiación incidente. Es en esta diferencia que se basa el experimento con la división de la luz blanca en un arco iris por un prisma. Cabe señalar que la temperatura del medio también afecta el índice de refracción de la radiación. Cuanto más rápido vibran los átomos de un cristal, más se deforman su estructura y la capacidad de cambiar la dirección de propagación de la luz.
Ejemplos del valor del índice de refracción
Damos diferentes valores para entornos familiares:
- La sal (fórmula química NaCl) como mineral se llama "halita". Su índice de refracción es 1.544.
- El ángulo de refracción del vidrio se calcula a partir de su índice de refracción. Dependiendo del tipo de material, este valor varía entre 1.487 y 2.186.
- Diamond es famoso precisamente por el juego de luces que contiene. Los joyeros tienen en cuenta todos sus planos al cortar. El índice de refracción del diamante es 2.417.
- El agua purificada de impurezas tiene un índice de refracción de 1,333. H2O es un solvente muy bueno. Por lo tanto, no hay agua químicamente pura en la naturaleza. Cada pozo, cada río se caracterizacon su composición. Por lo tanto, el índice de refracción también cambia. Pero para resolver problemas escolares simples, puedes tomar este valor.
Júpiter, Saturno, Calisto
Hasta ahora, hemos estado hablando de la belleza del mundo terrenal. Las llamadas condiciones normales implican una temperatura y una presión muy específicas. Pero hay otros planetas en el sistema solar. Hay paisajes bastante diferentes.
En Júpiter, por ejemplo, es posible observar neblina de argón en nubes de metano y corrientes ascendentes de helio. Las auroras de rayos X también son comunes allí.
En Saturno, las nieblas de etano cubren la atmósfera de hidrógeno. En las capas inferiores del planeta, las nubes de metano muy calientes llueven diamantes.
Sin embargo, la luna rocosa y congelada de Júpiter, Calisto, tiene un océano interno rico en hidrocarburos. Tal vez en sus profundidades vivan bacterias que consumen azufre.
Y en cada uno de estos paisajes, el juego de luces en diferentes superficies, bordes, cornisas y nubes crea belleza.
