שבירה
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| refraction/rɪˈfrækʃn/ | שבירה |
| refractive index/rɪˈfræktɪv ˈɪndeks/ | מדד שבירה |
קש בקוטר נראה שבור למחצית
- משליכים קש לכוס מים והוא נראה מעוקם בפני השטח.
- הקש בסדר — זה ה-אור שמעקם כשהוא חוצה מהמים לאוויר.
- אור משנה כיוון כשהוא עובר בין חומרים — שבירה.
- הדבר קורה כי אור נע במהירויות שונות במדיה שונות.
למה אור מעקם
- אור נע איטי יותר במדיה צפופה יותר (זכוכית, מים) מאשר באוויר.
- כשנכנס למדיה איטית יותר, קרן מעקמת לכיוון הנורמל; כשיוצא ממנה, רחוק מהנורמל.
- העיקום נקבע על ידי מדד שבירה של כל חומר $n$ (גבוה יותר $n$ = אור איטי יותר).
- האוויר הוא כ-$n = 1$; מים $\approx 1.33$; זכוכית $\approx 1.5$.
כיפוף קרן בגבול
שנה את הזווית והאמצע והצפה כיצד הקרן מתכופפת לעבר או הרחק מהנירמל.
כשהקרן נכנסת לאמצע צפוף יותר (כמו זכוכית), היא מתכופפת:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
איטי יותר באמצע צפוף יותר, הקרן מתכופפת עבר הנירמל.
התכונה $n$ שמדדה עד כמה חומר מאט את האור נקראת ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מדד שבירה גבוה יותר פירונו שמהירות האור בחומר זה איטית יותר.
חוק סנל
- הזוויות ומדדי השבירה קשורים על ידי חוק סנל: $n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$.
- הזוויות נמדדות מהנורמל, כמו תמיד באופטיקה.
- כניסה לתווך צפוף יותר ($n_2 > n_1$) גורמת ל-כיוון $\theta_2 < \theta_1$ – הקרן מתכופפת לעבר הנורמל.
- חוק סנל מנבא בדיוק כמה הקרן מתכופפת בכל גבול.
האור עובר מאוויר ($n_1 = 1$) לתוך זכוכית ($n_2 = 1.5$) בזווית $\theta_1 = 30^\circ$ ($\sin 30^\circ = 0.5$). מהי $\sin\theta_2$? (תן מספר עשרוני.)
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$\sin\theta_2 = n_1\sin\theta_1 / n_2 = 0.5 / 1.5 = 0.33$.
איזה ביטוי מבטא את חוק סנל?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חוק סנל: $n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$.
השתקפות פנימית מלאה
- בכיוון ההפוך (מתווך צפוף לפחות צפוף), הקרן מתכופפת רחוק מהנורמל.
- מעבר לזווית קריטית, היא אינה יכולת לברוח כלל ומתחזרת לחלוטין פנימה.
- השתקפות פנימית מלאה זו שוכנת אור בסיבי אופטיים וגורמת למיהול ביהלומים.
- זהו שבירה שהובאה לקצה — אין אור היוצא החוצה.
מעבר לזווית הקריטית, אור העובר מזכוכית לאוויר ישתקף באופן מלא בפנים.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מעבר לזווית הקריטית הקרן אינה יכולה לצאת ומשתקפת לחלוטין – השתקפות פנימית מלאה.
בחר את כל ההצהרות הנכונות לגבי שבירה.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
שבירה היא תופעת מהירות הפועלת לפי חוק סנל; קרן לאורך הנורמל ($\theta = 0$) אינה מתכופפת כלל.
השבירה מכופפת את האור כי מהירותו משתנה בין תווכים — לא כי הוא "רוצה". האור מתכופף כלפי הנורמל כשהוא נכנס לתווך צפוף יותר (איטי יותר, בעל-$n$ גבוה יותר), ורחוק ממנו כשהוא יוצא ממנו. קרן הפוגעת בגבול ישירות לאורך הנורמל ($\theta_1 = 0$) אינה מתכופפת.
האור עובר מאוויר ($n_1 = 1$) לתוך זכוכית ($n_2 = 1.5$) בזווית $\theta_1 = 30^\circ$. מצאו את $\sin\theta_2$.
- סנל: $1 \times \sin 30^\circ = 1.5 \times \sin\theta_2 \Rightarrow \sin\theta_2 = \dfrac{0.5}{1.5} = 0.33$.
מכיוון ש$\sin\theta_2 < \sin\theta_1$, הקרן מתכופפת כלפי הנורמל, כמצופה מתווך צפוף יותר.
שבירה מכופפת את האור בגבול כי מהירותו משתנה; היא מתכופפת כלפי הנורמל כשהיא נכנסת לתווך צפוף יותר (בעל-$n$ גבוה יותר). חוק סנל: $n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2$. מעבר לזווית קריטית, אור העובר מתווך צפוף לדליל עובר השתקפות פנימית מלאה — הבסיס של סיבים אופטיים.