光為什麼會折射?這可能是你能找到的最好懂的答案

2020-12-06 酋知魚

大家好,我是酋知魚。光會折射這是常識,可能有人沒吃過豬肉也沒有見過豬跑,但是絕對見過光的折射。那為什麼光會折射呢?初中物理沒說,高中物理也沒說,大學都沒人學物理了,自然就更不會知道了。只留下一句迷迷糊糊的話:光總是會沿著耗時最少的路徑傳播

什麼鬼?光為什麼一定要沿著最短的路徑傳播呀?難道光每次進入物質分界面的時候都要計算一下?當然不是啦。這種說法是把現象反應的結果直接說出來了,而沒有將其中的內在邏輯關係說出來。比如這個例子:經濟越差,口紅銷量越好。是因為經濟差了口紅降價了嗎?當然不是,而是因為男人賺不到錢,花在女人身上的時間就多了,女人為了增加競爭力,就會在口紅上多投資。

那麼結束跑題,開始解釋光為什麼會折射吧,在請你們欣賞我們靈魂作畫之前,要先記住兩基本知識:1、光速在不同的介質中不一樣。2、光是橫波。

光的色散也是因為折射

先說1,這是很多人還不知道的一個盲點。人們以為光速是宇宙最快速度,其實應該是「真空光速是宇宙最快速度」。在其他的透明介質中,光速會有不同比例的衰減,介質密度越大減得越厲害。比如空氣中的光速是全速的99.86%,但在鑽石中僅有41.6%;這就是折射的根源,在兩種光速一樣的不同介質分界面上,就不會有折射,比如下圖。

再說2,波分為橫波和縱波,這個也很好理解,看圖就完了。這樣就能一眼看出來,橫波嘛,就是振動方向和波的傳播方向垂直的波;縱波就是振動方向和波的傳播方向平行的波嘍。光是哪一類呢?說起來它也比較奇葩,認真來說都不是,可是要說更像哪個的話,應該是橫波,為啥我就不說了,要不太費腦子。

縱波
橫波

好了,知道了這些有什麼用呢?就輪到我們靈魂作畫上場了,這是一束理想中的最細光線,因為它是橫波嘛,所以它的「振動」需要一定的寬度,就是下面這個樣子(剛剛誰說醜的?站出來! 哦…是你啊,沒事沒事,我就隨便問問……)

這條藍色的線就是兩個介質的分界面,下面的密度大一些,現在一束不諳世事的小光線來到了這裡,因為這個角度的關係,下面會先接觸到,從這時候開始,上下兩側的光速就不一樣了,隨後上面的光線也到了介質分界面上,如果還是保持原來的路線,上面光會走過紫色的長度,但下面的光只走過了綠色的長度。

這會導致什麼後果呢,看到我上面圖中有一根細細的小黑線,這就是與光子振動垂直的方向,它與光應該前進的方向是一致的。可是進入了下面的世界後,因為上下前進距離的不匹配,它會向下彎曲,就像你看到的那樣,黑線與紅線方向不一致了

當然了,自然不會像我們看到的這樣傻乎乎的等不對勁了才發現,它在接觸表面的一瞬間就會自動改變後的振動方向轉動,就變成下圖這個樣子,光就非常自然地拐了個彎,這就是折射啦。 怎麼樣,是不是突然覺得「哦!原來這麼簡單呀!也不神秘呀!」這就對了,我要的就是這個效果!

至於一開始說的「光從這個路徑傳播消耗的時間最少」,用數學的方法通過這個圖不難算出來,這樣的原理在數學上必然會得出耗時最小的結果,具體的證明方法我說不寫了,反正你們也不會看的,我知道ヾ(oω)

好了,今天的「童年未解之迷」就到這裡了,恍然大悟的說點個讚吧,有話說的就留個言吧。你知道我的腦子裡還有多少有趣的知識嗎?想聽我一一道來就關注我吧!我是你們的酋知魚,最擅長滿足求知慾,咱們下一篇見!

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