折射(Refraction)


71人参与 |分类: X真生活|时间: 2020-07-11


折射是波因为速度的改变,而造成前进方向改变的现象,这种现象常发生于波从一种介质进入到另一种介质时。光线的折射是最常见的例子,但任何一种形式的波经过不同介质时都会产生折射。例如:当声波从一种介质进入到另一种介质时,或当水波进入到不同深度的水时,会发生折射的现象。

司乃耳(Snell)定律描述波入射的角度和折射的角度关係为:

$$\displaystyle \frac{\sin i}{\sin r}=\frac{V_1}{V_2}=\frac{n_2}{n_1}$$

$$n_1\sin i=n_2\sin r$$

这里的 $$V_1$$ 和 $$V_2$$ 是波通过各种介质的速率。
这里的 $$i$$ 与 $$r$$ 是入射线与法线的夹角及反射线与法线的夹角。
这里的 $$n_1$$ 和 $$n_2$$ 是介质的折射率。

折射(Refraction)

释义

在光学中,折射发生在光线从一个有既定的折射率的介质进入到另一个介质,在两个介质的介面,波的速率发生改变因而改变波进行的方向,在频率不变之下,光的波长也随之增加或减少。例如:当光线进入或离开玻璃时会产生折射,因为这样的观念,发明了透镜及折射望远镜。

当我们往一碗水里看时,就可以看到折射的现象,空气的折射率约为 $$1.0003$$,而水的折射率约为 $$1.33$$,所以如果一个人注视一枝倾斜,部分置于水中的笔直物体(例如:铅笔或吸管),此物体就好像在水面的地方折断了,这是因为光线从水中射出进入空气时弯曲了,这些光线一旦进入眼睛,眼睛会认为这些光线是直线射入的(视线),视线(用虚线表示)会在真正光源的上方会聚,这导致于铅笔好像变高了,而水好像变得比实际浅了,从上方看水的深度,此深度称为视深。

对于从水上方用鱼叉捕鱼的人必须考虑这个问题,因为看到鱼的位置与实际鱼的位置不同,而渔夫必须瞄準较低的地方来捕鱼。

折射(Refraction)

图中呈现了一个在水中折射的例子。涟漪从左边传向水域较浅的地方,波前会倾斜一个角度,波在越浅的地方传递的越慢,所以波长减少且波前在边界处弯曲。点线呈现正常的边界,虚线呈现波最初的方向,这个现象解释了海岸线的波浪,为什幺永远不会以同一个角度打在海岸线上,无论波在深的水域以哪个方向前进,当他们进入接近海滩的浅水域时,都会折射向法线的方向。 

折射(Refraction)

折射也可以解释彩虹及当白光进入稜镜产生的色散现象。玻璃有较空气高的折射率,及不同的频率的光在稜镜中有不同的传播速率,导致他们折射出不同的角度(色散),所以你可以看到他们,不同的频率对应到不同的颜色。

折射(Refraction)

折射可以製造美丽的现象,像是彩虹,他也可以製造特有的光学现象,像海市蜃楼或沙漠幻象,这些是导因于空气因为温度的不同而发生折射率的改变。

司乃耳定律可以用来计算光线进入不同介质所折射的角度。 另外,因为折射可以使物体变得较近,所以它可以让水来放大物体。首先,当光线进入一滴水时,波速变慢了,如果水的表面不是平的,光线就会弯曲形成一条新的路径,当光线射入或射出时,这个圆形的介面会扭曲光线,你看到的影像就会变大了。

一个实用且类似的例子,用来解释光线的折射。想像一支游行队伍,当他们在人行道上游行(快的介质)进入泥巴(慢的介质),在边缘最先进入泥巴游行的人会最先慢下来,等到整个队伍全部进入泥巴地时,导致队伍的正面(类似水波波前)少许地倾斜一个角度(使进行方向与法线的夹角造成一小角度的改变)。

折射(Refraction)

译自 http://en.wikipedia.org/wiki/Refract