Լույսի անդրադարձում
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
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
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.
- ընկնող ճառագայթը, անդրադարձած ճառագայթը և անկման կետում երկու միջավայրերի բաժանման սահմանին տարված ուղղահայացը նույն հարթության մեջ են,
- անկման անկյան կամայական արժեքի դեպքում անդրադարձման անկյունը հավասար է անկման անկյանը։
Փորձեր խմբագրել
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
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 կլանում խմբագրել
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
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
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
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
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
Ավագ դպրոցի 12-րդ դասարանի դասագիրք ընդհանուր և բնագիտամաթեմատիկական հոսքերի համար, Երևան Էդիթ պրինտ 2011