Gaismas laušana

Šis raksts ir par gaismas laušanu. Par viļņu apliekšanos skatīt rakstu Difrakcija.

Gaismas laušana jeb refrakcija ir parādība, kad gaismai pārejot no vienas vides citā vidē, kurā ir atšķirīgs gaismas izplatīšanās ātrums, tā maina gaismas staru izplatīšanās virzienu. Gaismai lūstot var novērot priekšmetu formu, novietojumu un izmēru izmaiņas. Gaismas atstarošana un gaismas laušana vienlaicīgi notiek, ja uz robežvirsmu starp divām caurspīdīgām vidēm krīt gaismas staru kūlis. Savukārt, viendabīgā vidē gaisma izplatās taisnā virzienā, bet ja tās ceļā ir šķēršļi, tad vietās, kur gaismas stari nenonāk, rodas ēna. Astronomijā par refrakciju dēvē gaismas stara noliekšanos, kas notiek, tam ejot cauri Zemes atmosfērai. Refrakcijas cēlonis ir Zemes atmosfēras nehomogenitāte. Refrakcijas dēļ visi redzamie debess spīdekļi ir nedaudz novirzīti uz zenīta pusi no savas īstās atrašanās vietas.

Zīmulis izskatās salauzts, jo, gaismai pārejot no ūdens gaisā, mainās tās virziens

Gaismas laušanas likums

Gaismas staru laušanas shēma

Gaismas laušanas likums:

${\frac {\sin \alpha }{\sin \gamma }}={\frac {v_{1}}{v_{2}}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}},$

kur α ir krišanas leņķis, γ — laušanas leņķis, v — gaismas ātrums attiecīgajā vidē, n — gaismas laušanas koeficients attiecīgajā vidē.

Gaismai ir lielāks izplatīšanās ātrums optiski mazāk blīvā vidē. Gaismas krišanas leņķis ir lielāks kā gaismas laušanas leņķis, kad gaisma pāriet no optiski mazāk blīvas vides uz optiski blīvāku vidi. Savukārt, gaismas laušanas leņķis ir lielāks kā gaismas krišanas leņķis, kad gaisma pāriet no optiski blīvākas vides uz optiski mazāk blīvu vidi. Tātad, jo lielāks ir gaismas ātrums, jo gaismas laušanas koeficients, kas raksturo katru caurspīdīgu vielu, ir mazāks un gaismas stari mazāk lūst.

V. Snelliuss daudzu eksperimentu rezultātā 1660. gadā pierādīja, ka vienā plaknē atrodas krītošais stars, lauztais stars un arī perpendikuls, kas ir vilkts stara krišanas punktā pret robežvirsmu. Gaismas stars netiek lauzts, ja gaisma krīt perpendikulāri pret robežvirsmu starp divām caurspīdīgām vidēm.

Gaisma visātrāk izplatās vakuumā, bet pārējās caurspīdīgās vidēs gaisma izplatās ar mazākiem ātrumiem. Par optiski homogēnu vidi sauc tādu vidi, kuras visos punktos gaismas izplatīšanās ātrums ir vienāds.

Absolūtais gaismas laušanas koeficients rāda, cik reizes gaismas ātrums konkrētā vidē ir mazāks nekā gaismas ātrums vakuumā. Vakuumā gaismas absolūtais laušanas koeficients ir 1. Gaismai pārejot no optiski blīvākas uz optiski mazāk blīvu vidi, krišanas leņķis ir mazāks nekā laušanas leņķis. Ja krišanas leņķis ir tik liels (šo leņķi sauc par krišanas robežleņķi), lai gaismas laušanas leņķis būtu 90⁰, tad lauztais stars neieiet otrajā vidē un lauztais stars slīd pa robežvirsmu starp abām vidēm. Savukārt, ja gaismas krišanas leņķis ir lielāks par gaismas krišanas robežleņķi, tad notiek process, ko sauc par pilnīgo gaismas atstarošanos, tas ir, gaisma pilnīgi atstarojas pirmajā vidē.

Gaismas laušana stiklā un šķidrumos

Absolūtais gaismas laušanas koeficients (n) sarkanai gaismai:

Viela	Laušanas koeficients
Dimants	2,40
Dzintars	1,55
Etilspirts	1,36
Rubīns	1,76
Ūdens	1,33
Ledus	1,31
Stikls	1,46 — 1,74

Gaismas difūza atstarošana

Par gaismas difūzu atstarošanu sauc parādību, kad gaismu atstarojošā virsma ir matēta, nevis spoguļgluda, un no tās gaisma atstarojas visos iespējamajos virzienos.

Gaismas staru gaita plakanparalēlā plāksnē

Par plakanparalēlu plāksni sauc caurspīdīgu ķermeni, kuram divas pretējās virsmas ir paralēlas. Ja gaismas stars krīt uz plakanparalēlu plāksni, kuras abās pusēs ir vienāda vide, tas ir, vidē ir vienāds gaismas laušanas koeficients, tad izejošais stars tiek nobīdīts no ieejošā stara par noteiktu attālumu, ko sauc par stara nobīdi. Stara nobīde ir atkarīga no gaismas laušanas koeficientiem, krišanas leņķa un plāksnes biezuma.

Lēca

Lēca ir dzidrs caurspīdīgs ķermenis (visbiežāk stikla), kuru ierobežo divas liektas virsmas vai viena liekta un viena plakana virsma.

Par plānu lēcu sauc tādu lēcu, kuras biezums ir mazs, salīdzinot ar lēcas liekuma rādiusiem.

Lēcas optiskais centrs ir punkts, kas atrodas galvenās optiskās ass un lēcas vidējā šķēluma krustpunktā.

Par optisko blakusasi sauc taisni, kura novilkta caur lēcas optisko centru un veido leņķi ar galveno optisko asi.

Par lēcas galveno optisko asi sauc taisni, kura iet caur lēcu sfērisko virsmu centriem.

Izliekta lēca ir lēca, kura gaismas starus sakopo, tāpēc to sauc arī par savācējlēcu. Ja uz izliektu lēcu, kura atrodas gaisā, krīt gaismas stari paralēli galvenajai optiskajai asij, tad, izejot no lēcas, šie stari saiet kopā vienā punktā, kuru sauc par lēcas galveno fokusu, uz galvenās optiskās ass. Savukārt, attālumu no lēcas līdz galvenajam fokusam, kurā krustojas gaismas stari, sauc par lēcas fokusa attālumu ( to parasti apzīmē ar burtu F). Fokusa attālums ir atkarīgs no lēcas virsmas izliekuma lieluma. Fokusa attālums ir lielāks, ja lēca ir mazāk izliekta. Lēcas optiskais stiprums ir lēcas fokusa attāluma apgrieztais lielums.

Savācējlēca. F- lēcas galvenais fokuss.

Viena dioptrija ir tāds lēcas optiskais stiprums, kuras fokusa attālums ir viens metrs.

Ieliekta lēca ir tāda lēca, kura gaismas starus izkliedē un tāpēc to sauc par izkliedētājlēcu. Ieliekta lēca noliec gaismas starus nost no galvenās optiskās ass.

Izkliedētājlēca.

Izkliedētājlēcas optiskais stiprums ir negatīvs.

Tomass Jangs ir izskaidrojis acs akomodāciju ar acs lēcas liekuma maiņu.

Gaismas absorbcija

Daļēja gaismas absorbcija notiek gaismas staram ejot caur kādu vielu, jo notiek elektromagnētiskās enerģijas pārvēršanās siltumā un daudzos citos enerģijas veidos. Caurspīdīgas vielas vāji absorbē gaismu, savukārt, necaurspīdīgas vielas stipri absorbē gaismu. Vielas caurspīdību nosaka ņemot vērā gan vielas dabu, gan vielas slāņa biezumu. Gaismas intensitāte ir gaismas enerģijas plūsmas blīvums, kas ir enerģijas daudzums, ko 1 s pārnes gaisma caur 1 m², kas ir perpendikulārs gaismas staram. Katrai vielai piemīt selektīva absorbcija, tas ir, absorbcijas koeficienta vērtība ir atkarīga no gaismas viļņa garuma. Piemēram, stikls laiž cauri redzamo gaismo, bet būtiski pavājina infrasarkano starojumu un gandrīz pilnīgi absorbē ultravioleto starojumu. Gaismas filtru darbības pamatā ir selektīvā absorbcija. Gaismas filtrs laiž cauri tikai konkrētas spektra daļas gaismas, bet absorbē visu pārējo starojumu.

Gaismas laušana, tai izejot caur stiklu