Nothing found for Www Liveinternet Ru Click
Популярные товары:

Глава 1. Світлові хвилі - Урок 4. Повний відображення


Повернутися до списку

Закон заломлення світла дозволяє пояснити цікаве і практично важливе явище - повне відображення світла.

При проходженні світла з оптично менш густого середовища в більш щільну, наприклад з повітря в скло або воду, u 1> u 2; і відповідно до закону заломлення (1.4) показник заломлення n> 1, тому a> b (рис. 10, a): переломлений промінь наближається до перпендикуляру до кордону розділу середовищ.

Мал. 10

Якщо направити промінь світла в зворотному напрямку - з оптично більш щільного середовища в оптично менш щільну уздовж колишнього переломленого променя (рис. 10, б), то закон заломлення запишеться так:

(1.8)

Заломлений промінь після виходу з оптично більш щільного середовища піде по лінії колишнього падаючого променя, тому a <b, т. Е. Переломлений промінь відхиляється від перпендикуляра. У міру збільшення кута a кут заломлення b зростає, залишаючись весь час більше кута a. Нарешті, при деякому куті падіння значення кута заломлення наблизиться до 90 ° і переломлений промінь піде майже по межі поділу середовищ (рис. 11). Найбільшому можливого углупреломленія b = 90 ° відповідає кут паления a 0.

Мал. 11

Спробуємо зрозуміти, що станеться при a> a 0. При падінні світла на кордон двох середовищ світловий промінь, як про це вже згадувалося, частково заломлюється, а частково відбивається від неї. При a> a0 заломлення світла неможливо. Значить, промінь повинен повністю відбитися. Це явище і називається повним віддзеркаленням світла.

Для спостереження повного відображення можна використовувати скляний напівциліндр з матовою задньою поверхнею. Напівциліндр закріплюють на диску так, щоб середина плоскій поверхні напівциліндра збігалася з центром диска (рис. 12). Вузький пучок світла від освітлювача направляють знизу на бічну поверхню напівциліндра перпендикулярно його поверхні. На цій поверхні промінь не заломлюється. На плоскій поверхні промінь частково переломлюється і частково відбивається. Відображення відбувається відповідно до закону відображення, a переломлення - відповідно до закону заломлення (1.4).

Мал. 12

Якщо збільшувати кут падіння, то можна помітити, що яскравість (і отже, енергія) відбитого пучка зростає, в той час як яскравість (енергія) переломленого пучка падає. Особливо швидко убуває енергія переломленого пучка, коли кут заломлення наближається до 90 °. Нарешті, коли кут падіння стає таким, що заломлений пучок йде уздовж кордону розділу (див.рис. 11), частка відбитої енергії становить майже 100%. Повернемо освітлювач, зробивши кут падіння a великим a0. Ми побачимо, що заломлений пучок зник і весь світ відбивається від кордону розділу, т. Е. Відбувається повне відображення світла.

На малюнку 13 зображено пучок променів від джерела, поміщеного в воді недалеко від її поверхні. Велика інтенсивність світла показана більшою товщиною лінії, що зображує відповідний промінь.

Мал. 13

Кут падіння a 0, що відповідає куту заломлення 90 °, називають граничним кутом повного відображення. При sin b = 1 формула (1.8) приймає вигляд

(1.9)

З цієї рівності і може бути знайдено значення граничного кута повного відображення a 0. Для води (n = 1,33) він виявляється рівним 48 ° 35 ', для скла (n = 1,5) він приймає значення 41 ° 51', а для алмаза (n = 2,42) цей кут складає 24 ° 40 '. У всіх випадках другий середовищем є повітря.

Явище повного відображення легко спостерігати на простому досвіді. Наллємо в стакан воду піднімемо його трохи вище рівня очей. Поверхня води при розгляданні її знизу крізь стінку здається блискучою, немов посрібленою внаслідок повного відбиття світла.

Повне відображення використовують в так званій волоконної оптики для передачі світла і зображення по пучках прозорих гнучких волокон - світловодів. Световод є скляне волокно циліндричної форми, покрите оболонкою з прозорого матеріалу з меншим, ніж у волокна, показником заломлення. За рахунок багаторазового повного відображення світло може бути спрямований з будь-якого (прямому або вигнутому) шляху (рис. 14).

Мал. 14

Волокна набираються в джгути. При цьому по кожному з волокон передається якийсь елемент зображення (рис. 15). Джгути з волокон використовуються, наприклад, в медицині для дослідження внутрішніх органів.

Мал. 15

У міру поліпшення технології виготовлення довгих пучків волокон - світловодів все ширше починає застосовуватися зв'язок (в тому числі і телевізійна) за допомогою світлових променів.

Повне відображення світла показує, які багаті можливості для пояснення явищ поширення світла укладені в законі заломлення. Спочатку повне відображення представляло собою лише цікаве явище. Зараз воно поступово призводить до революції в способах передачі інформації.

? 1 .Чем дорівнює граничний кут повного відображення на кордоні алмаз - повітря? 2. Наведіть приклади спостереження повного відображення, не згадані в тексті.


формули з математики , лінійна алгебра і геометрія Чем дорівнює граничний кут повного відображення на кордоні алмаз - повітря?