שבירה

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

שבירה היא תופעה אופטית של שינוי בכיוון תנועת האור כתוצאה משינוי במהירותו בעקבות מעבר לחומר בעל תכונות שונות.

[עריכה] הסבר התופעה

שבירה של קרן במעבר במיים. הקרן נעה מהעיפרון ומגיעה אל עין אנושית. הפס השחור מייצג את המקום האמיתי של העיפרון והפס הבהיר מייצג את העיפרון כפי שהוא נראה לעין.

כאשר קרן אור עוברת מתווך אחד לאחר מתרחש שינוי במהירות הקרן שגורם לשינוי זווית הפגיעה שבה הוא פגע בחומר. השתברות יכולה להיראות כאשר מסתכלים על חפץ הנמצא הנמצא בתוך מים למשל.
מקדם השבירה של האוויר הוא בקירוב 1.0003 ומקדם השבירה של המים הוא כ1.33, אם אדם מסתכל על חפץ ישר שנימצא בתוך המים אז החפץ יראה לו שבור ומחולק לשניים בדיוק באזור קו המים העליון. "שבירה" זאת נגרמת מכיוון שהקרניים שיוצאות מהחפץ הישר עוברות לתווך האחר שהוא האוויר מגיעות בזווית שונה מאשר הקרניים שמגיעות מהחפץ ועוברות דרך האוויר.
תופעת השבירה מתרחשת בהתאם לעיקרון פיזיקלי יסודי הנקרא עיקרון פרמה. בין היתר קובע העיקרון, שקרינה אלקטרומגנטית תעבור מנקודה אחת לנקודה שנייה במסלול שבו זמן המעבר בין שתי הנקודות הינו הקצר ביותר. בחומרים שונים מהירות האור שונה, בשביל לבדוק את מהירות האור בחומר מסוים משתמשים בנוסחה הבאה:
$v =\frac{c}n$
כאשר:
C - מהירות האור בריק.
V - מהירות האור בחומר מסוים.
N - מקדם השבירה.
כאשר מהירות האור שונה בין שני תווכים שונים הקרן תיבחר את המסלול בעל הזמן הקצר ביותר האפשרי.

[עריכה] השוואה בין תווכים וזוויות

במעבר בין שני תווכים שקופים תתקבל זווית גדולה יותר בתווך בעל מקדם שבירה הקטן יותר, את טענה זאת ניתן להוכיח על ידי שימוש בחוק סנל. לפי חוק סנל - $\;n_2\sin{\theta_2}=n_1\sin{\theta_1}\;$ . נניח שהתווך הראשון ( $n 1$ ) גדול מהתווך השני ( $n 2$ ), מכיוון שהחוק שומר על איזון אז מזה נובע שהזווית השנייה ( $θ 2$ ) גדולה מהזווית הראשונה ( $θ 1$ ), דהיינו, כאשר אור עובר מתווך שקוף אחד לתווך שקוף בעל מקדם שבירה גדול יותר הוא מתקרב לאנך הפגיעה (אנך היוצא מנקודת הפגיעה של הקרן) ולהפך.