Լույսի անդրադարձում

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Լույսի անդրադարձումը. լույսի ճառագայթը ուղղագիծ է տարածվում միայն համասեռ միջավայրում։ Այն, հասնելով երկու տարբեր միջավայրերի բաժանման սահմանին, փոխում է իր տարածման ուղղությունը՝ ամբողջությամբ կամ մասամբ մնալով նույն միջավայրում։

Անդրադարձման ձևեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Կախված միջավայրերի բաժանման սահմանի հատկություններից՝ անդրադարձումը կատարվում է տարբեր ձևերով։ Եթե բաժանման հարթ մակերևույթի անհարթությունների բնորոշիչ ι չափը շատ փոքր է լույսի ալիքի λ երկարությունից, ապա մակերևույթին ընկնող լույսի զուգահեռ ճառագայթներն անդրադառնալուց հետո տարածվում են միմյանց զուգահեռ։ Այդպիսի անդրադարձումը կոչվում է հայելային, իսկ մակերևույթը՝ հարթ հայելի։ Հայելուն մոտ հատկություններ ունեն, օրինակ, լավ հղկված մետաղի մակերևույթը, հարթ ապակու մակերևույթը։

Եթե միջավայրերի բաժանման մակերևույթի անհարթությունների բնորոշ ι չափը նույն կարգի է կամ մեծ լույսի ալիքի λ երկարությունից, մակերևույթին ընկնող զուգահեռ ճառագայթները ցրվում են տարբեր ուղղություններով։ Այդպիսի անդրադարձումը կոչվում է ցրիվ (դիֆուզ) անդրադարձում։ Ցրիվ անդրադարձման շնորհիվ մեզ տեսանելի են այն առարկաները, որոնք լույս չեն արձակում։

Անդրադարձող ճառագայթի հատկություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Բազմաթիվ դիտումներն ու փորձերը ցույց են տվել, որ լույսի անդրադարձման երևույթը ենթարկվում է որոշակի օրինաչափությունների, որոնց հիման վրա ձևակերպվում է անդրադարձման օրենքը։ Ընկնող ճառագայթի և այդ ուղղահայացի կազմած անկյունն անվանում են անկման անկյուն, իսկ նույն ուղղահայացի և անդրադարձած ճառագայթի կազմած անկյունը՝ անդրադարձման անկյուն։ Օգտվելով այս հասկացություններից՝ կարող ենք ձևակերպել լույսի անդրադարձման օրենքը.

  1. ընկնող ճառագայթը, անդրադարձած ճառագայթը և անկման կետում երկու միջավայրերի բաժանման սահմանին տարված ուղղահայացը նույն հարթության մեջ են,
  2. անկման անկյան կամայական արժեքի դեպքում անդրադարձման անկյունը հավասար է անկման անկյանը։

Փորձեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Լույսի անդրադարձման օրենքը կարելի է ստուգել օպտիկական սկավառակի օգնությամբ։ Այն աստիճանավորված եզրով սկավառակ է, որի կենտրոնում կարելի է ամրացնել հարթ հայելի։ Սկավառակի եզրագծով տեղաշարժվող լուսավորման հատուկ հարմարանքից լույսի նեղ փունջը տարբեր անկյուններով ուղղվում է հայելու մակերևույթի կենտրոնին։ Փոփոխելով ճառագայթի անկման անկյունը 0÷90° տիրույթում՝ ամեն անգամ կարող ենք համոզվել, որ ընկնող և անդրադարձած ճառագայթները սկավառակի հարթության մեջ են, և անդրադարձած γ անկյունը հավասար է անկամ α անկյանը։

Պատմական ակնարկ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Դեռևս մեր թվարկության առաջին դարում Հերոն Ալեքսանդրացին ենթադրել է, որ հարթ հայելուց անդրադառնալիս աղբյուրից մինչև դիտման կետ հասնելը լույսի ճառագայթն ընտրում է այնպիսի ուղղություն, որ նրա անցած ճանապարհը լինի փոքրագույնը։ Այս ենթադրությունը, որն ընդունվել է նաև որպես սկզբունք, կարելի է ապացուցել լույսի անդրադարձման օրենքի օգնությամբ։

Լույսի ճառագայթի կլանումը[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Նշենք նաև, որ անդրադարձած լույսի ուժգնությունը կախված է միջավայրերի բաժանման սահմանի ֆիզիկական հատկություններից։ Գոյություն ունեն մակերևույթներ, որոնք ամբողջովին կլանում են լուսային էներգիան, և այն չեն անդրադարձնում։ Այդպիսի մակերևույթները կոչվում են սև։ Անդրադարձման օրենքը ճիշտ է ոչ միայն լույսի, այլև բոլոր էլեկտրամագնիսական ալիքների համար։

Ֆիզիկական երևույթ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ալիքների ռեֆրակցիան իրականանում է էլեկտրամագնիսական և ակուստիկ ալիքների համար ընդհանուր օրենքով։ Երկու միջավայրերի բաժանման սահմանին լույսի ռեֆրակցիան տալիս է տեսանելի էֆեկտ՝ հատման սահմանին ուղիղ առարկաները խիտ միջավայրում երևում են հարթության նորմալի նկատմամբ մեծ անկյան տակ (դեպի վերև), իսկ լույսը երկու միջավայրերի բաժանման սահմանին բեկվում է հարթության նորմալի նկատմամբ փոքր անկյան տակ (դեպի ներքև)։ Այս էֆեկտը առաջացնում է օպտիկական խաբկանք ջրամբարներում խորությունները որոշելու ժամանակ, քանի որ միշտ թվում է փոքր, քան իրականում է։

Լրիվ ռեֆրակցիա[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Լրիվ ռեֆրակցիան սերտ կապված է այն երևույթի հետ, ինչպիսին է թափանցիկ միջավայրի սահմանին անդրադարձումը։ Ինչ-որ իմաստով դա նույն երևույթի երկրորդ կողմն է։ Օրինակ լրիվ անդրաադարձումը կապված է նրա հետ, որ բեկված ալիքը, որը բավարարում է Սնելի օրենքին՝ որոշակի անկյունների դեպքում լրիվ անդրադառնում է։ Եթե ուղղահայաց բևեռացված ալիքը ընկնում է միջավայրերի սահմանին Բրյուստերի անկյան տակ, ապա այն դիտվում է լրիվ անդրադարձման երևույթ և անդրադարձված ալիքը անհետանում է։

Ռեֆրակցիան տեխնիկայում և գիտական սարքերում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ռեֆրակցիայի երևույթը ընկած է հեռադիտակի ռեֆրակտորի աշխատանքի հիման վրա (ինչպես նաև տարատեսակ դիտակների հիմքում), ֆոտո-, կինո-, մանրա- դիտակների, խոշորացնող ապակիների, ակնոցների, օպտիկական ազդանշանների ընդունիչների, հաղորդիչների և այլ օպտիկական սարքերի, որոնք պարունակում են լինզաներ կամ պրիզմաներ: Դրա հաշվարկը անհրաժեշտ է գրեթե բոլոր օպտիկական սարքերի համար։ Այս ամենը վերաբերում է էլէկտրամագնիսական սպեկտրի տարբեր ընդգրկույթին։ Տեխնիկայում կարող է կարևոր լինել նաև այլ բնույթի ալիքների հաշվի առնումը, օրինակ ալիքը ջրում, տարաբնույթ ալիքները ակտիվ միջավայրերում և այլն։

Ռեֆրակցիան առօրյա կյանքում[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ռեֆրակցիա հանդիպում է յուրաքանչյուր քայլափոխին և ընկալվում է որպես սովորական երևույթ։ Օրինակ գդալը որը գտնվում է թեյով բաժակում, բեկված է օդ-ջուր սահմանին։ Այստեղ տեղին է նշել, ոչ կրիտիկական ընկալման պարագայում տվյալ նկատառումը թողնում է հակառակ էֆեկտի տպավորություն։ Գդալի թվացյալ բեկումը լույսի իրական բեկմանը հակառակ է։ Լույսի բեկումը և անդրադարձումը ջրի կաթիլների մեջ առաջացնում է ծիածան։ Մանր թափանցիկ էլեմենտների կառուցվածքներում բազմակի բեկումներով բացատրվում է չփայլող մակերեսների անդրադարձման հատկությունը, ինչպես օրինակ ձյան, սպիտակ թղթի պարագայում։ Բազմաթիվ հետաքրքիր էֆեկտներ բացատրվում են միջավայրում տեղի ունեցող ռեֆրակցիայի միջոցով։ Օրինակ որոշակի մետեոլոգիական պայմաններում Երկիրը ունենում է ոչ թե գնդի, այլ գոգավոր հարթության տեսք։

Գրականություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ավագ դպրոցի 12-րդ դասարանի դասագիրք ընդհանուր և բնագիտամաթեմատիկական հոսքերի համար, Երևան Էդիթ պրինտ 2011