1. Լույսի բեկման օրենքը

Դիտարկենք երկու թափանցիկ միջավայրերի բաժանման սահմանին ընկնող \(AO\) ճառագայթի ընթացքը երկրորդ միջավայրում: Դա կարելի է իրականացնել օպտիկական սկավառակի միջոցով, որի կենտրոնում հայելու փոխարեն այս անգամ ամրացված է ապակուց, կամ այլ թափանցիկ նյութից պատրաստված կիսագլան:

 

 

Երկրորդ միջավայր անցած, իր տարածման ուղղությունը փոխած \(OE\)ճառագայթին անվանում են բեկված ճառագայթ:

 

Փորձը ցույց է տալիս, որ եթե ընկնող \(AO\) ճառագայթը գնվում է սկավառակի հարթության վրա, ապա բեկված \(OE\)ճառագայթը նույնպես կգտնվի նույն հարթության մեջ:

 

Փորձ ցույց է տալիս նաև, որ երկրորդ միջավայրից (ապակուց) դուրս գալիս լուսային ճառագայթը այլևս չի բեկվում, քանի որ ընկնում է գնդաձև մակերևույթին ուղղահայաց:

 

Կատարելով բազմաթիվ փորձեր և չափելով $\mathrm{\alpha }$ անկման և $\mathrm{\beta }$ բեկման անկյունները, կարելի է համոզվել, որ այդ անկյունների սինուսների հարաբերությունը տվյալ երկու միջավայրերի համար հաստատուն մեծություն է: Այն կախված չէ անկման անկյունից և հավասար է այդ երկու միջավայրերում լույսի տարածման արագությունների հարաբերությանը:

 

$\frac{\mathit{sin}\mathrm{\alpha }}{\mathit{sin}\mathrm{\beta }}=\frac{V_1}{V_2}$ (1)

 

այտեղ $V_1$-ը լույսի արագությունն է առաջին միջավայրում (օդում), իսկ $V_2$-ը՝ երկրորդ միջավայրում (ապակու մեջ):

 

Ընդհանրացնելով փորձնական արդյունքները կարելի է սահմանել լույսի բեկման օրենքը:

 

 

$\frac{\mathit{sin}\mathrm{\alpha }}{\mathit{sin}\mathrm{\beta }}=\mathit{const}$ 

 

Լույսի բեկման օրենքը հայտնաբերել է հոլանդացի ֆիզիկոս Վիլեբրորդ Սնելիուսը (1580-1626 թթ.):

  

 

Օպտիկապես թափանցիկ միջավայրերը կարելի է բնութագրել ֆիզիկական մեծությամբ, որը կոչվում է բեկման ցուցիչ:

 

Այստեղ \(n\)-ը տվյալ միջավայրի բեկման ցուցիչն է, \(c\)-ն լույսի արագությունն է վակումում, իսկ  \(v\)-ն` լույսի արագությունը տվյալ միջավայրում: 

Սահմանումից հետևում է, որ միջավայրի բեկման ցուցիչը ցույց է տալիս, թե լույսի տարածման արագությունը տվյալ միջավայրում քանի անգամ է փոքր տվյալ միջավայրում լույսի տարածման արագությունից:

Քանի որ \(c\)-ն միշտ մեծ է \(v\)-ից, հետևաբար միջավայրի բեկման ցուցիչը միշտ \(1\)-ից մեծ, անչափողական մեծություն է:

 

Տարբեր օպտիկապես թափանցիկ միջավայրերի բեկման ցուցիչների արժեքները բերված են աղյուսակում:

 

Աղյուսակից երևում է, որ օդում լույսի բեկման ցուցիչը շատ քիչ է տարբերվում 1-ից և հաշվարկներում վերցվում է 1:

 

Որքան մեծ է տվյալ միջավայրի բեկման ցուցիչը այնքան այն համարվում է օպտիկապես խիտ, որքան փոքր, այնքան օպտիկապես նոսր:

 

Աղյուսակից երևում է, որ ամենամեծ բեկման ցուցիչը ունի ալմաստը, հետևաբար նա օպտիկապես ամենախիտն է:

 

 

Լույսի բեկման օրենքը կարելի է ներկայացնել նաև բեկման ցուցիչների միջոցով, հաշվի առնելով բեկման ցուցիչի սահմանումը, որից հետևում է՝

 

$v_1=\frac{c}{n_1}$, իսկ $v_2=\frac{c}{n_2}$

 

Տեղադրելով այս արտահատությանները (1) բանաձևի մեջ կստանանք՝

 

$\frac{\mathit{sin}\mathrm{\alpha }}{\mathit{sin}\mathrm{\beta }}=\frac{n_2}{n_1}$ (2)

 

$n=\frac{n_2}{n_1}$ մեծությանը անվանում են հարաբերական բեկման ցուցիչ, որն արդեն կարող է ընդունել ցանկացած արժեք:

 

Եթե ճառագայթը օպտիկապես ավելի նոսր միջավայրից անցնում է ավելի խիտ միջավայր, օրինակ՝ օդից - ջուր, ապա քանի որ $n_2>n_1$, ուրեմն $\mathit{sin}\mathrm{\beta }<\mathit{sin}\mathrm{\alpha }$, որից հետևում է՝ $\mathrm{\beta }<\mathrm{\alpha }$, ինչպես պատկերված է նկարում:

 

 

Իսկ եթե ճառագայթը օպտիկապես խիտ միջավայրից է անցնում նոսր միջավայր, այսինքն $n_1>n_2$, օրինակ՝ ապակուց - օդ, ապա բեկման օրենքից հետևում է, որ $\mathit{sin}\mathrm{\alpha }<\mathit{sin}\mathrm{\beta }$:

 

Այսինքն՝ $\mathrm{\alpha }<\mathrm{\beta }$, այնպես ինչպես պատկերված է նկարում:

 

 

Լույսի բեկմամբ են բացատրվում բազմաթիվ օպտիկական երևույթներ. բերենք դրանցից մի քանիսը՝

 

1. ջրամբարի խորությունը մեզ թվում է ավելի փոքր քան իրականում է,  

 

 

 

2. ջրով լի բաժակի մեջ մտցված ձողիկը թվում է կոտրված,

 

 

3. հորիզոնի նկատմամբ Արեգակի և աստղերի դիրքը թվում է իրականից ավելի բարձր, իսկ Արեգակի չափերն ավելի մեծ, երբ այն հորիզոնին մոտ է:

 

 

4. մթնոլորտի անհամասեռությամբ և նրանում լույսի բեկմամբ է պայմանավորված աստղերի առկայծումը և օդատեսիլի (միրաժ) առաջացումը: