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科普摄影展

“科学与美”

“科技摄影与物理影像”、“科学摄影”课程师生作品 - 科普摄影展

光在水中的弯曲传播·周易
2025-07-18 10:41  

这张照片捕捉到了一个既直观又富有科学美感的物理现象:一束红色激光从塑料瓶口射出,穿过一股细长的水流,其光路随着水流的弯曲而发生同步偏折,仿佛光线也“顺从”着水流的轨迹流动。整个画面中,鲜红的光束在透明水流中清晰可见,宛如一条发光的丝带,在黄色容器的衬托下显得格外醒目。

这幅图像生动地展示了光在介质中传播时的折射与全内反射原理,同时也揭示了光如何在连续变化的介质中“跟随”路径的奇妙特性。

当激光进入水流后,由于水的折射率(约1.33)高于空气(约1.00),光线在入射界面处会发生折射,即传播方向发生偏转。更关键的是,水流本身并非静止的平面,而是呈弧形流动,导致光在其中传播时不断经历微小的角度变化。如果水流足够细且流速稳定,光线在水流内部会持续受到边界条件的影响,发生多次全内反射——即当光从高折射率介质(水)射向低折射率介质(空气)时,若入射角大于临界角,光线将被完全反射回水中,而不穿透出去。

正是这种连续的全内反射,使得激光能够在水流中“导引”前进,即使水流弯曲,光路也会随之改变方向,从而呈现出“随波逐流”的视觉效果。这一现象类似于光纤通信中的原理:光信号在纤芯中通过反复全内反射传输,即使光纤弯曲,光仍能有效传递。

此外,照片中水流的透明性与液体的动态结构共同作用,使光束得以清晰呈现,同时水中的微小气泡或杂质也可能对光产生散射,增强光路的可见度。

这幅照片不仅是一次视觉上的惊艳,更是光学与流体力学结合的绝佳例证。它告诉我们:光虽无形,却能在物质的引导下“舞动”,展现出自然规律的和谐与精妙。在日常生活中,这样的现象或许常被忽略,但一旦被捕捉,便成为连接科学与美的桥梁。

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