Что такое показатель преломления?
Показатель преломления (обозначается буквой n) — это безразмерная величина, которая показывает, насколько медленнее свет распространяется в среде по сравнению с его скоростью в вакууме. Он определяется как отношение скорости света в вакууме (\(c \approx 299\,792\,458\ \text{м/с}\)) к скорости света в данной среде (\(v\)). Поскольку в веществе свет всегда замедляется, значение n всегда больше или равно 1. Типичные значения: 1,0003 для воздуха, 1,33 для воды и около 1,5 для обычного стекла.
Как пользоваться калькулятором
Введите скорость света внутри среды (в метрах в секунду) и скорость света в вакууме. По умолчанию для вакуума подставлено значение 299 792 458 м/с, но вы можете изменить его, если используете округлённую величину — например, \(3\times10^{8}\). Калькулятор разделит c на v и мгновенно выдаст показатель преломления.
Разбор формулы
В основе расчёта лежит уравнение $$n = \frac{c}{v}$$ Здесь c — это универсальная скорость света в вакууме, а v — (меньшая) фазовая скорость внутри материала. Чем выше показатель, тем сильнее замедляется свет и тем резче он преломляется на границе среды — это описывается законом Снеллиуса.
Пример расчёта
Допустим, свет проходит через среду со скоростью \(v = 225\,000\,000\ \text{м/с}\), а скорость в вакууме равна \(c = 299\,792\,458\ \text{м/с}\). Тогда $$n = \frac{299\,792\,458}{225\,000\,000} \approx 1{,}3324$$ Это значение близко к показателю преломления воды, а значит, такой материал замедляет и преломляет свет примерно так же, как вода.
Частые вопросы
Может ли показатель преломления быть меньше 1? Для фазовой скорости в некоторых материалах (например, для рентгеновских лучей в ряде сред) он может быть чуть меньше 1, но для видимого света в обычных материалах он всегда ≥ 1.
Постоянен ли показатель преломления? Нет — он немного меняется в зависимости от длины волны света. Это явление называется дисперсией, именно поэтому призма разлагает белый свет на цвета спектра.
Какие единицы измерения использовать? Используйте одинаковые единицы для обеих скоростей (обычно м/с). Так как n — это отношение, единицы сокращаются, и результат получается безразмерным.
