Aujourd'hui, nous allons révéler quel est l'angle de réfraction d'une onde électromagnétique (la soi-disant lumière) et comment ses lois se forment.
Yeux, peau, cerveau
L'homme a cinq sens principaux. Les scientifiques médicaux distinguent jusqu'à onze sensations différentes différentes (par exemple, une sensation de pression ou de douleur). Mais les gens obtiennent la plupart de leurs informations à travers leurs yeux. Jusqu'à quatre-vingt-dix pour cent des faits disponibles dont le cerveau humain est conscient sont des vibrations électromagnétiques. Ainsi, les gens comprennent principalement la beauté et l'esthétique visuellement. L'angle de réfraction de la lumière joue un rôle important à cet égard.
Désert, lac, pluie
Le monde qui l'entoure est imprégné de soleil. L'air et l'eau sont à la base de ce que les gens aiment. Bien sûr, les paysages désertiques arides sont d'une beauté rude, mais la plupart des gens préfèrent un peu d'humidité.
L'homme a toujours été fasciné par les ruisseaux de montagne et les rivières douces des basses terres, les lacs calmes et les vagues de la mer toujours roulantes, les éclaboussures d'une cascade et un rêve froid de glaciers. Plus d'une fois chacun a remarqué la beauté des jeux de lumière dans la rosée sur l'herbe, l'éclat du givre sur les branches, la blancheur laiteuse du brouillard et la sombre beauté des nuages bas. Et tous ces effets sont créésgrâce à l'angle de réfraction du faisceau dans l'eau.
Œil, échelle électromagnétique, arc-en-ciel
La lumière est une fluctuation du champ électromagnétique. La longueur d'onde et sa fréquence déterminent le type de photon. La fréquence de vibration détermine s'il s'agira d'une onde radio, d'un rayon infrarouge, d'un spectre d'une certaine couleur visible par une personne, d'un rayonnement ultraviolet, de rayons X ou gamma. Les humains sont capables de percevoir avec leurs yeux des vibrations électromagnétiques avec des longueurs d'onde allant de 780 (rouge) à 380 (violet) nanomètres. A l'échelle de toutes les vagues possibles, cette section occupe une très petite surface. Autrement dit, les gens ne sont pas capables de percevoir la majeure partie du spectre électromagnétique. Et toute la beauté accessible à l'homme est créée par la différence entre l'angle d'incidence et l'angle de réfraction à la frontière entre les médias.
Aspirateur, Soleil, planète
Les photons sont émis par le Soleil à la suite d'une réaction thermonucléaire. La fusion des atomes d'hydrogène et la naissance de l'hélium s'accompagnent de la libération d'un grand nombre de particules diverses, y compris des quanta de lumière. Dans le vide, les ondes électromagnétiques se propagent en ligne droite et à la vitesse la plus élevée possible. Lorsqu'elle pénètre dans un milieu transparent et plus dense, comme l'atmosphère terrestre, la lumière modifie sa vitesse de propagation. En conséquence, il change la direction de propagation. Combien détermine l'indice de réfraction. L'angle de réfraction est calculé à l'aide de la formule de Snell.
Loi de Snell
Le mathématicien néerlandais Willebrord Snell a travaillé toute sa vie sur les angles et les distances. Il a compris comment mesurer les distances entre les villes, comment trouver unpointe dans le ciel. Pas étonnant qu'il ait trouvé un motif dans les angles de réfraction de la lumière.
La formule de la loi ressemble à ceci:
- 1sin θ1 =n2sin θ2.
Dans cette expression, les caractères ont la signification suivante:
- 1 et n2 sont les indices de réfraction du milieu un (d'où provient le faisceau) et du milieu 2 (il y pénètre);
- θ1 et θ2 sont respectivement l'angle d'incidence et de réfraction de la lumière.
Explications de la loi
Il faut donner quelques explications à cette formule. Les angles θ désignent le nombre de degrés compris entre la direction de propagation du faisceau et la normale à la surface au point de contact du faisceau lumineux. Pourquoi la normale est-elle utilisée dans ce cas ? Parce qu'en réalité il n'y a pas de surfaces strictement planes. Et trouver la normale à n'importe quelle courbe est assez simple. De plus, si l'angle entre la limite du média et le faisceau incident x est connu dans le problème, alors l'angle requis θ est juste (90º-x).
Le plus souvent, la lumière passe d'un milieu plus raréfié (l'air) à un milieu plus dense (l'eau). Plus les atomes du milieu sont proches les uns des autres, plus le faisceau est réfracté. Par conséquent, plus le milieu est dense, plus l'angle de réfraction est grand. Mais cela se produit aussi dans l'autre sens: la lumière tombe de l'eau dans l'air ou de l'air dans le vide. Dans de telles circonstances, une condition peut survenir dans laquelle n1sin θ1>n2. C'est-à-dire que le faisceau entier sera réfléchi vers le premier milieu. Ce phénomène est appelé total interneréflexion. L'angle auquel les circonstances décrites ci-dessus se produisent est appelé l'angle de réfraction limite.
Qu'est-ce qui détermine l'indice de réfraction ?
Cette valeur dépend uniquement des propriétés de la substance. Par exemple, il y a des cristaux pour lesquels l'angle d'entrée du faisceau est important. L'anisotropie des propriétés se manifeste par la biréfringence. Il existe des milieux pour lesquels la polarisation du rayonnement entrant est importante. Il faut également rappeler que l'angle de réfraction dépend de la longueur d'onde du rayonnement incident. C'est sur cette différence que se base l'expérience de la division de la lumière blanche en arc-en-ciel par un prisme. Il convient de noter que la température du milieu affecte également l'indice de réfraction du rayonnement. Plus les atomes d'un cristal vibrent rapidement, plus sa structure et sa capacité à changer la direction de propagation de la lumière sont déformées.
Exemples de la valeur de l'indice de réfraction
Nous donnons des valeurs différentes pour les environnements familiers:
- Le sel (formule chimique NaCl) en tant que minéral est appelé "halite". Son indice de réfraction est de 1,544.
- L'angle de réfraction du verre est calculé à partir de son indice de réfraction. Selon le type de matériau, cette valeur varie entre 1,487 et 2,186.
- Diamond est célèbre précisément pour le jeu de lumière qu'il contient. Les bijoutiers tiennent compte de tous ses plans lors de la coupe. L'indice de réfraction du diamant est de 2,417.
- L'eau purifiée des impuretés a un indice de réfraction de 1,333. H2O est un très bon solvant. Par conséquent, il n'y a pas d'eau chimiquement pure dans la nature. Chaque puits, chaque rivière se caractériseavec sa composition. Par conséquent, l'indice de réfraction change également. Mais pour résoudre des problèmes scolaires simples, vous pouvez prendre cette valeur.
Jupiter, Saturne, Callisto
Jusqu'à présent, nous avons parlé de la beauté du monde terrestre. Les conditions dites normales impliquent une température et une pression très spécifiques. Mais il y a d'autres planètes dans le système solaire. Il y a des paysages assez différents.
Sur Jupiter, par exemple, il est possible d'observer de la brume d'argon dans des nuages de méthane et des courants ascendants d'hélium. Les aurores boréales y sont également fréquentes.
Sur Saturne, des brouillards d'éthane recouvrent l'atmosphère d'hydrogène. Sur les couches inférieures de la planète, des pluies de diamants provenant de nuages de méthane très chauds.
Cependant, Callisto, la lune rocheuse gelée de Jupiter, possède un océan interne riche en hydrocarbures. Peut-être que des bactéries consommatrices de soufre vivent dans ses profondeurs.
Et dans chacun de ces paysages, le jeu de la lumière sur différentes surfaces, bords, corniches et nuages crée de la beauté.
