Kas yra visiško vidinio atspindžio fenomenas. Šviesos lūžis

Pirma, šiek tiek įsivaizduokime. Įsivaizduokite karštą vasaros dieną prieš mūsų erą, primityvus žmogus ietimi medžioja žuvis. Jis pastebi jos padėtį, nusitaiko ir kažkodėl smogia ten, kur žuvis buvo matoma visai ne. Praleidote? Ne, žvejo rankose grobis! Reikalas tas, kad mūsų protėvis intuityviai suprato temą, kurią dabar studijuosime. Kasdieniame gyvenime matome, kad į vandens stiklinę nuleistas šaukštas atrodo kreivas, kai žiūrime pro stiklinį indą, daiktai atrodo kreivai. Visus šiuos klausimus svarstysime pamokoje, kurios tema: „Šviesos lūžimas. Šviesos lūžio dėsnis. Visiškas vidinis atspindys“.

Ankstesnėse pamokose apie pluošto likimą kalbėjome dviem atvejais: kas atsitiks, jei šviesos spindulys sklinda skaidriai vienalytėje terpėje? Teisingas atsakymas yra tas, kad jis plis tiesia linija. Kas atsitinka, kai šviesos spindulys patenka į sąsają tarp dviejų laikmenų? Praėjusioje pamokoje kalbėjome apie atspindėtą spindulį, šiandien pažvelgsime į tą šviesos pluošto dalį, kurią sugeria terpė.

Koks bus spindulio, prasiskverbusio iš pirmosios optiškai skaidrios terpės į antrąją optiškai skaidrią terpę, likimas?

Ryžiai. 1. Šviesos lūžimas

Jei spindulys patenka į dviejų skaidrių terpių sąsają, dalis šviesos energijos grįžta į pirmąją terpę, sukurdama atspindėtą spindulį, o kita dalis pereina į vidų į antrąją terpę ir, kaip taisyklė, keičia savo kryptį.

Šviesos sklidimo krypties pokytis, kai ji praeina per dviejų terpių sąsają, vadinamas šviesos lūžis(1 pav.).

Ryžiai. 2. Kritimo, lūžio ir atspindžio kampai

2 paveiksle matome krintantį spindulį, kritimo kampas bus žymimas α. Spindulys, kuris nustatys lūžusio šviesos pluošto kryptį, bus vadinamas lūžusiu spinduliu. Kampas tarp statmens sąsajai, atkurtas iš kritimo taško, ir lūžusio spindulio paveiksle vadinamas lūžio kampu, tai kampas γ. Norėdami užbaigti paveikslėlį, taip pat pateiksime atspindėto pluošto vaizdą ir atitinkamai atspindžio kampą β. Koks ryšys tarp kritimo kampo ir lūžio kampo Ar žinant kritimo kampą ir į kokią terpę perėjo spindulys, galima numatyti, koks bus lūžio kampas? Pasirodo, tai įmanoma!

Gauname dėsnį, kuris kiekybiškai apibūdina kritimo kampo ir lūžio kampo ryšį. Pasinaudokime Huygenso principu, kuris reguliuoja bangų sklidimą terpėje. Įstatymas susideda iš dviejų dalių.

Krintantis spindulys, lūžęs spindulys ir statmenas, atkurtas į kritimo tašką, yra toje pačioje plokštumoje.

Kritimo kampo sinuso ir lūžio kampo sinuso santykis yra pastovi dviejų nurodytų terpių reikšmė ir yra lygus šviesos greičių šiose terpėse santykiui.

Šis dėsnis vadinamas Snello dėsniu olandų mokslininko, kuris pirmą kartą jį suformulavo, garbei. Lūžio priežastis yra šviesos greičio skirtumas įvairiose terpėse. Galite patikrinti lūžio dėsnio galiojimą eksperimentiškai nukreipdami šviesos spindulį skirtingais kampais į sąsają tarp dviejų terpių ir išmatuodami kritimo ir lūžio kampus. Jei šiuos kampus pakeisime, išmatuosime sinusus ir surasime šių kampų sinusų santykį, įsitikinsime, kad lūžio dėsnis tikrai galioja.

Lūžio dėsnio įrodymas naudojant Huygenso principą yra dar vienas šviesos banginės prigimties patvirtinimas.

Santykinis lūžio rodiklis n 21 parodo, kiek kartų šviesos greitis V 1 pirmoje terpėje skiriasi nuo šviesos greičio V 2 antroje terpėje.

Santykinis lūžio rodiklis yra aiškus įrodymas, kad priežastis, dėl kurios šviesa keičia kryptį pereinant iš vienos terpės į kitą, yra skirtingas šviesos greitis abiejose terpėse. Neretai terpės optinėms savybėms apibūdinti vartojama sąvoka „terpės optinis tankis“ (3 pav.).

Ryžiai. 3. Terpės optinis tankis (α > γ)

Jei spindulys pereina iš terpės, kurios šviesos greitis didesnis, į terpę, kurios šviesos greitis mažesnis, tai, kaip matyti iš 3 paveikslo ir šviesos lūžio dėsnio, jis bus prispaustas prie statmenos, t. , lūžio kampas yra mažesnis už kritimo kampą. Šiuo atveju teigiama, kad spindulys perėjo iš mažiau tankios optinės terpės į optiškai tankesnę terpę. Pavyzdys: iš oro į vandenį; nuo vandens iki stiklo.

Galima ir priešinga situacija: šviesos greitis pirmoje terpėje yra mažesnis už šviesos greitį antroje terpėje (4 pav.).

Ryžiai. 4. Terpės optinis tankis (α< γ)

Tada lūžio kampas bus didesnis už kritimo kampą, ir toks perėjimas, sakysime, vyksta iš optiškai tankesnės į mažiau optiškai tankią terpę (iš stiklo į vandenį).

Dviejų laikmenų optinis tankis gali gana smarkiai skirtis, todėl tampa įmanoma nuotraukoje parodyta situacija (5 pav.):

Ryžiai. 5. Medijų optinio tankio skirtumas

Atkreipkite dėmesį, kaip galva pasislenka kūno atžvilgiu skystyje, didesnio optinio tankio aplinkoje.

Tačiau santykinis lūžio rodiklis ne visada yra patogi charakteristika dirbti, nes ji priklauso nuo šviesos greičio pirmoje ir antroje terpėje, tačiau tokių derinių ir dviejų terpių (vanduo – oras, stiklas - deimantas, glicerinas - alkoholis, stiklas - vanduo ir pan.). Lentelės būtų labai gremėzdiškos, nepatogu būtų dirbti, o tada įvedė vieną absoliučią terpę, su kuria lyginamas šviesos greitis kitose terpėse. Vakuumas buvo pasirinktas kaip absoliutus, o šviesos greitis buvo lyginamas su šviesos greičiu vakuume.

Terpės absoliutus lūžio rodiklis n- tai dydis, apibūdinantis terpės optinį tankį ir lygus šviesos greičio santykiui SU vakuume iki šviesos greičio tam tikroje aplinkoje.

Absoliutus lūžio rodiklis yra patogesnis darbui, nes visada žinome šviesos greitį vakuume lygus 3·10 8 m/s ir yra universali fizikinė konstanta.

Absoliutus lūžio rodiklis priklauso nuo išorinių parametrų: temperatūros, tankio, taip pat nuo šviesos bangos ilgio, todėl lentelėse dažniausiai nurodomas vidutinis lūžio rodiklis tam tikram bangų ilgių diapazonui. Jei palygintume oro, vandens ir stiklo lūžio rodiklius (6 pav.), pamatytume, kad oro lūžio rodiklis artimas vienetui, todėl spręsdami uždavinius jį laikysime vienetu.

Ryžiai. 6. Skirtingų terpių absoliučių lūžio rodiklių lentelė

Nesunku nustatyti ryšį tarp absoliutaus ir santykinio terpės lūžio rodiklio.

Santykinis lūžio rodiklis, ty spindulio, pereinančio iš terpės 1 į vidutinį du, yra lygus absoliutaus lūžio rodiklio antroje terpėje ir absoliutaus lūžio rodiklio santykiui pirmoje terpėje.

Pavyzdžiui: = ≈ 1,16

Jei dviejų terpių absoliutieji lūžio rodikliai yra beveik vienodi, tai reiškia, kad santykinis lūžio rodiklis pereinant iš vienos terpės į kitą bus lygus vienybei, tai yra, šviesos spindulys iš tikrųjų nebus lūžęs. Pavyzdžiui, pereinant nuo anyžių aliejaus prie berilo brangakmenio, šviesa praktiškai nesilankstys, tai yra, elgsis taip pat kaip ir praeinant per anyžių aliejų, nes jų lūžio rodiklis yra atitinkamai 1,56 ir 1,57, todėl brangakmenis gali būti tarsi paslėptas skystyje, jo tiesiog nesimatys.

Jei į permatomą stiklą pilsime vandenį ir žiūrėsime pro stiklo sienelę į šviesą, paviršiuje pamatysime sidabrinį blizgesį dėl visiško vidinio atspindžio reiškinio, apie kurį dabar ir bus kalbama. Kai šviesos spindulys pereina iš tankesnės optinės terpės į mažiau tankią optinę terpę, galima pastebėti įdomų efektą. Tikslumui manysime, kad šviesa patenka iš vandens į orą. Tarkime, kad rezervuaro gelmėse yra taškinis šviesos S šaltinis, skleidžiantis spindulius į visas puses. Pavyzdžiui, naras šviečia žibintuvėliu.

SO 1 spindulys krenta ant vandens paviršiaus mažiausiu kampu, šis spindulys dalinai lūžta - O 1 A 1 spindulys ir dalinai atsispindi atgal į vandenį - O 1 B 1 spindulys. Taigi dalis krentančio pluošto energijos perduodama lūžusiam pluoštui, o likusi energija – atspindėtam.

Ryžiai. 7. Visiškas vidinis atspindys

SO 2 spindulys, kurio kritimo kampas didesnis, taip pat skirstomas į du pluoštus: lūžtantį ir atspindėtą, tačiau pradinio pluošto energija tarp jų pasiskirsto skirtingai: lūžęs pluoštas O 2 A 2 bus blankesnis nei O 1 1 spindulys, tai yra, jis gaus mažesnę energijos dalį, o atitinkamai atspindėtas spindulys O 2 B 2 bus ryškesnis nei spindulys O 1 B 1, tai yra, jis gaus didesnę energijos dalį. Didėjant kritimo kampui, galima atsekti tą patį modelį – vis didesnė krintančio pluošto energijos dalis tenka atspindėtam pluoštui, o vis mažesnė – lūžusiam pluoštui. Lūžęs spindulys tampa vis blausesnis ir tam tikru momentu visiškai išnyksta, kai jis pasiekia kritimo kampą, kuris atitinka lūžio kampą 90 0. Šioje situacijoje lūžęs spindulys OA turėjo eiti lygiagrečiai vandens paviršiui, tačiau nebeliko ko eiti – visa krintančio pluošto SO energija atiteko atsispindėjusiam pluoštui OB. Natūralu, kad toliau padidėjus kritimo kampui, lūžusio pluošto nebus. Aprašytas reiškinys yra visiškas vidinis atspindys, tai yra, tankesnė optinė terpė nagrinėjamais kampais neskleidžia iš savęs spindulių, jie visi atsispindi jos viduje. Kampas, kuriuo vyksta šis reiškinys, vadinamas ribinis viso vidinio atspindžio kampas.

Ribinio kampo vertę galima lengvai rasti pagal lūžio dėsnį:

= => = arcsin, vandeniui ≈ 49 0

Įdomiausias ir populiariausias visiško vidinio atspindžio reiškinio pritaikymas yra vadinamieji bangolaidžiai arba šviesolaidžiai. Būtent tokį signalų siuntimo būdą naudoja šiuolaikinės telekomunikacijų bendrovės internete.

Gavome šviesos lūžio dėsnį, pristatėme naują sąvoką – santykinius ir absoliučius lūžio rodiklius, taip pat supratome visiško vidinio atspindžio fenomeną ir jo pritaikymą, pavyzdžiui, šviesolaidį. Savo žinias galite įtvirtinti analizuodami atitinkamus testus ir treniruoklius pamokų skiltyje.

Gaukime šviesos lūžio dėsnio įrodymą, naudodami Huygenso principą. Svarbu suprasti, kad lūžio priežastis yra šviesos greičio skirtumas dviejose skirtingose ​​terpėse. Šviesos greitį pirmoje terpėje pažymėkime V 1, o antroje terpėje V 2 (8 pav.).

Ryžiai. 8. Šviesos lūžimo dėsnio įrodymas

Tegul plokštuma šviesos banga nukrenta ant plokščios sąsajos tarp dviejų terpių, pavyzdžiui, iš oro į vandenį. Bangos paviršius AS yra statmenas spinduliams ir , sąsają tarp terpės MN pirmiausia pasiekia spindulys, o spindulys tą patį paviršių pasiekia po laiko intervalo ∆t, kuris bus lygus kelio SV padalijus iš greičio. šviesos pirmoje terpėje.

Todėl tuo momentu, kai antrinė banga taške B tik pradeda sužadinti, banga iš taško A jau turi pusrutulio formą, kurio spindulys AD, kuris yra lygus šviesos greičiui antroje terpėje esant ∆ t: AD = ·∆t, tai yra Huygenso principas vizualiniame veiksme . Lūžusios bangos bangos paviršių galima gauti nubrėžus paviršiaus liestinę visoms antrinėms bangoms antroje terpėje, kurių centrai yra terpių sąsajoje, šiuo atveju tai yra plokštuma BD, tai yra antrinės bangos. Spindulio kritimo kampas α lygus kampui CAB trikampyje ABC, vieno iš šių kampų kraštinės statmenos kito kraštinėms. Vadinasi, SV bus lygus šviesos greičiui pirmoje terpėje ∆t

CB = ∆t = AB sin α

Savo ruožtu lūžio kampas bus lygus kampui ABD trikampyje ABD, todėl:

АD = ∆t = АВ sin γ

Padalinę terminą iš termino, gauname:

n yra pastovi reikšmė, kuri nepriklauso nuo kritimo kampo.

Gavome šviesos lūžio dėsnį, kritimo kampo sinusas su lūžio kampo sinusu yra pastovi šių dviejų terpių reikšmė ir yra lygi šviesos greičių santykiui dviejose duotose terpėse.

Kubinis indas su nepermatomomis sienelėmis yra išdėstytas taip, kad stebėtojo akis nematytų jo dugno, o visiškai matytų indo CD sienelę. Kiek vandens reikia įpilti į indą, kad stebėtojas matytų objektą F, esantį atstumu b = 10 cm nuo kampo D? Laivo kraštas α = 40 cm (9 pav.).

Kas labai svarbu sprendžiant šią problemą? Spėkite, kadangi akis nemato indo dugno, o mato kraštinį šoninės sienelės tašką, o indas yra kubas, tai spindulio kritimo kampas į vandens paviršių, kai jį pilsime, bus lygus 45 0.

Ryžiai. 9. Vieningo valstybinio egzamino užduotis

Spindulys patenka į tašką F, tai reiškia, kad mes aiškiai matome objektą, o juoda punktyrinė linija rodo pluošto eigą, jei nebūtų vandens, tai yra į tašką D. Iš trikampio NFK kampo liestinė β, lūžio kampo liestinė, yra priešingos pusės ir gretimos santykis arba, remiantis paveikslu, h atėmus b, padalytas iš h.

tg β = = , h yra skysčio, kurį išpylėme, aukštis;

Intensyviausias visiško vidinio atspindžio reiškinys naudojamas šviesolaidinėse sistemose.

Ryžiai. 10. Šviesolaidžiai

Jei šviesos spindulys nukreiptas į kieto stiklo vamzdžio galą, po daugkartinio viso vidinio atspindžio spindulys išeis iš priešingos vamzdžio pusės. Pasirodo, stiklinis vamzdis yra šviesos bangos laidininkas arba bangolaidis. Tai įvyks neatsižvelgiant į tai, ar vamzdis tiesus, ar išlenktas (10 pav.). Pirmieji šviesos kreiptuvai, tai antrasis bangolaidžių pavadinimas, buvo naudojami sunkiai pasiekiamoms vietoms apšviesti (atliekant medicininius tyrimus, kai šviesa tiekiama į vieną šviesolaidžio galą, o kitas galas apšviečia norimą vietą). Pagrindinis pritaikymas – medicina, variklių defektų aptikimas, tačiau tokie bangolaidžiai plačiausiai naudojami informacijos perdavimo sistemose. Nešlio dažnis perduodant signalą šviesos banga yra milijoną kartų didesnis už radijo signalo dažnį, o tai reiškia, kad informacijos kiekis, kurį galime perduoti šviesos banga, yra milijonus kartų didesnis nei perduodamos informacijos kiekis. radijo bangomis. Tai puiki galimybė paprastai ir nebrangiai perteikti daugybę informacijos. Paprastai informacija perduodama šviesolaidžiu naudojant lazerio spinduliuotę. Skaidulinė optika yra būtina norint greitai ir kokybiškai perduoti kompiuterio signalą, kuriame yra daug perduodamos informacijos. Ir viso to pagrindas yra toks paprastas ir įprastas reiškinys kaip šviesos lūžimas.

Nuorodos

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (pagrindinis lygis) - M.: Mnemosyne, 2012 m.
2. Gendenšteinas L.E., Dickas Yu.I. Fizika 10 klasė. - M.: Mnemosyne, 2014 m.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fizika – 9, Maskva, Švietimas, 1990 m.

1. Edu.glavsprav.ru ().
2. Nvtc.ee ().
3. Raal100.narod.ru ().
4. Optika.ucoz.ru ().

Namų darbai

1. Apibrėžkite šviesos lūžį.
2. Įvardykite šviesos lūžio priežastį.
3. Įvardykite populiariausius visiško vidinio atspindžio pritaikymus.

81 straipsnyje nurodėme, kad kai šviesa patenka į dviejų terpių sąsają, šviesos energija yra padalinta į dvi dalis: viena dalis atsispindi, kita dalis per sąsają prasiskverbia į antrąją terpę. Naudojant šviesos perėjimo iš oro į stiklą pavyzdį, t.y. iš optiškai mažiau tankios terpės į optiškai tankesnę terpę, pamatėme, kad atspindėtos energijos dalis priklauso nuo kritimo kampo. Šiuo atveju atsispindėjusios energijos dalis labai padidėja, kai didėja kritimo kampas; tačiau net esant labai dideliems kritimo kampams, artimiems , kai šviesos spindulys beveik slenka išilgai sąsajos, dalis šviesos energijos vis tiek pereina į antrąją terpę (žr. §81, 4 ir 5 lenteles).

Naujas įdomus reiškinys atsiranda, jei šviesa, sklindanti bet kurioje terpėje, patenka į sąsają tarp šios terpės ir terpės, kuri yra optiškai mažiau tanki, tai yra, turinti mažesnį absoliutų lūžio rodiklį. Čia irgi atspindėtos energijos dalis didėja didėjant kritimo kampui, tačiau didėjimas vyksta pagal kitą dėsnį: pradedant nuo tam tikro kritimo kampo, visa šviesos energija atsispindi nuo sąsajos. Šis reiškinys vadinamas visišku vidiniu atspindžiu.

Dar kartą panagrinėkime, kaip ir §81, šviesos patekimą į stiklo ir oro sąsają. Tegul šviesos spindulys nukrenta nuo stiklo ant sąsajos skirtingais kritimo kampais (186 pav.). Jei matuojame atspindėtos šviesos energijos dalį ir šviesos energijos dalį, praeinančią per sąsają, gauname lentelėje pateiktas vertes. 7 (stiklas, kaip ir 4 lentelėje, turėjo lūžio rodiklį).

Ryžiai. 186. Bendras vidinis atspindys: spindulių storis atitinka šviesos energijos dalį, įkraunamą arba praleidžiamą per sąsają.

Kritimo kampas, nuo kurio visa šviesos energija atsispindi nuo sąsajos, vadinamas ribiniu viso vidinio atspindžio kampu. Stiklinei, kuriai buvo sudaryta lentelė. 7 (), ribinis kampas yra maždaug .

7 lentelė. Atsispindėjusios energijos dalys įvairiais kritimo kampais, kai šviesa pereina iš stiklo į orą

Pastebėkime, kad kai šviesa patenka į sąsają ribiniu kampu, lūžio kampas yra lygus , t.y. formulėje, išreiškiančioje lūžio dėsnį šiuo atveju,

kai turime įdėti arba . Iš čia randame

Esant didesniems kritimo kampams, lūžusio spindulio nėra. Formaliai tai išplaukia iš to, kad esant kritimo kampams, dideliems pagal lūžio dėsnį, gaunamos vertės, didesnės už vienetą, o tai akivaizdžiai neįmanoma.

Lentelėje 8 lentelėje pateikti kai kurių medžiagų, kurių lūžio rodikliai pateikti lentelėje, visuminio vidinio atspindžio ribiniai kampai. 6. Nesunku patikrinti ryšio (84.1) pagrįstumą.

8 lentelė. Ribinis viso vidinio atspindžio kampas ties riba su oru

Visą vidinį atspindį galima stebėti ties oro burbuliukų vandenyje riba. Jie šviečia, nes ant jų krintanti saulės šviesa visiškai atsispindi nepraeinant į burbuliukus. Tai ypač pastebima tuose oro burbuluose, kurie visada yra ant povandeninių augalų stiebų ir lapų ir kurie saulėje atrodo pagaminti iš sidabro, tai yra iš medžiagos, kuri labai gerai atspindi šviesą.

Visiškas vidinis atspindys pritaikomas kuriant besisukančių ir besisukančių stiklo prizmes, kurių veikimas aiškus iš Fig. 187. Prizmės ribinis kampas priklauso nuo tam tikro tipo stiklo lūžio rodiklio; Todėl tokių prizmių naudojimas nesukelia jokių sunkumų pasirenkant šviesos spindulių įėjimo ir išėjimo kampus. Besisukančios prizmės sėkmingai atlieka veidrodžių funkcijas ir yra pranašesnės tuo, kad jų atspindinčios savybės išlieka nepakitusios, o metaliniai veidrodžiai laikui bėgant blunka dėl metalo oksidacijos. Pažymėtina, kad apvyniojimo prizmė yra paprastesnio dizaino nei lygiavertė besisukanti veidrodžių sistema. Besisukančios prizmės ypač naudojamos periskopuose.

Ryžiai. 187. Spindulių kelias stiklinėje besisukančioje prizmėje (a), vyniojimo prizmėje (b) ir lenktame plastikiniame vamzdyje - šviesos kreiptuvas (c)

Visiškas vidinis atspindys

Vidinis atspindys- elektromagnetinių bangų atspindžio iš dviejų skaidrių terpių sąsajos reiškinys, jei banga krinta iš terpės, kurios lūžio rodiklis didesnis.

Neišsamus vidinis atspindys- vidinis atspindys, jei kritimo kampas yra mažesnis už kritinį kampą. Šiuo atveju spindulys suskaidomas į lūžusią ir atspindėtą.

Visiškas vidinis atspindys- vidinis atspindys, jei kritimo kampas viršija tam tikrą kritinį kampą. Tokiu atveju krintanti banga visiškai atsispindi, o atspindžio koeficiento vertė viršija didžiausias poliruotų paviršių vertes. Be to, viso vidinio atspindžio atspindys nepriklauso nuo bangos ilgio.

Šis optinis reiškinys stebimas esant įvairiai elektromagnetinei spinduliuotei, įskaitant rentgeno spindulių diapazoną.

Geometrinės optikos rėmuose reiškinio paaiškinimas yra trivialus: remiantis Snell dėsniu ir atsižvelgiant į tai, kad lūžio kampas negali viršyti 90°, gauname, kad esant kritimo kampui, kurio sinusas yra didesnis už santykį mažesnis lūžio rodiklis iki didesnio koeficiento, elektromagnetinė banga turi visiškai atsispindėti pirmoje terpėje.

Remiantis reiškinio bangų teorija, elektromagnetinė banga vis tiek prasiskverbia į antrąją terpę - ten sklinda vadinamoji „nevienodi banga“, kuri eksponentiškai nyksta ir neneša energijos. Būdingas nehomogeniškos bangos įsiskverbimo į antrąją terpę gylis yra bangos ilgio eilės.

Visiškas vidinis šviesos atspindys

Panagrinėkime vidinį atspindį naudodami dviejų monochromatinių spindulių, patenkančių į sąsają tarp dviejų terpių, pavyzdį. Spinduliai krenta iš tankesnės terpės zonos (pažymėtos tamsesne mėlyna spalva) su lūžio rodikliu iki ribos, kurioje yra mažiau tanki terpė (žymima šviesiai mėlyna spalva), kurios lūžio rodiklis.

Raudonas spindulys krenta kampu, tai yra, ties terpės riba ji išsišakoja – iš dalies lūžta ir iš dalies atsispindi. Dalis pluošto lūžta kampu.

Žalias spindulys krenta ir visiškai atsispindi src="/pictures/wiki/files/100/d833a2d69df321055f1e0bf120a53eff.png" border="0">.

Visiškas vidinis atspindys gamtoje ir technologijoje

Rentgeno atspindys

Rentgeno spindulių refrakciją ganymosi metu pirmą kartą suformulavo M. A. Kumachovas, sukūręs rentgeno veidrodį, o teoriškai jį pagrindė Arthuras Comptonas 1923 m.

Kiti bangų reiškiniai

Refrakcija, taigi ir viso vidinio atspindžio poveikis, yra įmanomas, pavyzdžiui, garso bangoms ant paviršiaus ir skysčio storio perėjimo tarp skirtingo klampumo ar tankio zonų metu.

Reiškiniai, panašūs į visiško vidinio elektromagnetinės spinduliuotės atspindžio poveikį, stebimi lėtųjų neutronų pluoštams.

Jei vertikaliai poliarizuota banga krinta į sąsają Brewsterio kampu, tada bus stebimas visiškos refrakcijos efektas – nebus atsispindėjusios bangos.

Pastabos

Wikimedia fondas.

• 2010 m.
• Pilnas kvėpavimas

Visiškas pasikeitimas

Pažiūrėkite, kas yra „Visiškas vidinis atspindys“ kituose žodynuose: VISAS VIDAUS ATSPINDIMAS - atspindys el. mag. spinduliuotė (ypač šviesa), kai ji patenka į sąsają tarp dviejų skaidrių terpių iš terpės, turinčios didelį lūžio rodiklį. P.v. O. atsiranda, kai kritimo kampas i viršija tam tikrą ribinį (kritinį) kampą...

Visiškas vidinis atspindys Fizinė enciklopedija

Visiškas vidinis atspindys- Visiškas vidinis atspindys. Kai šviesa sklinda iš terpės, kurios n1 > n2, visiškas vidinis atspindys atsiranda, jei kritimo kampas a2 > apr; kritimo kampu a1 Iliustruotas enciklopedinis žodynas - optinės spinduliuotės (žr. Optinė spinduliuotė) (šviesos) arba kito diapazono elektromagnetinės spinduliuotės (pavyzdžiui, radijo bangų) atspindys, kai jis patenka į dviejų skaidrių terpių sąsają nuo terpės, turinčios didelį lūžio rodiklį... ...

Pažiūrėkite, kas yra „Visiškas vidinis atspindys“ kituose žodynuose: Didžioji sovietinė enciklopedija - elektromagnetinės bangos, atsiranda, kai jos patenka iš terpės, kurios lūžio rodiklis didelis n1 į terpę, kurios lūžio rodiklis mažesnis n2 kritimo kampu a viršijantį ribinį kampą apr, nulemtą santykiu sinapr=n2/n1. Pilna......

Pažiūrėkite, kas yra „Visiškas vidinis atspindys“ kituose žodynuose:Šiuolaikinė enciklopedija - VISIŠKAS VIDAUS ATSPINDIMAS, ATSpindėjimas be šviesos lūžimo ties riba. Kai šviesa iš tankesnės terpės (pavyzdžiui, stiklo) pereina į mažiau tankią terpę (vandenį ar orą), susidaro lūžio kampų zona, kurioje šviesa nepraeina per ribą...

Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas visiškas vidinis atspindys - Šviesos atspindys iš optiškai mažiau tankios terpės, visiškai grįžtant į terpę, iš kurios ji nukrenta. [Rekomenduojamų terminų rinkinys. 79 laida. Fizinė optika. SSRS mokslų akademija. Mokslinės ir techninės terminijos komitetas. 1970] Temos… …

Pažiūrėkite, kas yra „Visiškas vidinis atspindys“ kituose žodynuose: Techninis vertėjo vadovas - elektromagnetinės bangos atsiranda, kai jos įstrižai krinta į sąsają tarp 2 terpių, kai spinduliuotė pereina iš terpės, kurios lūžio rodiklis didelis n1 į terpę, kurios lūžio rodiklis mažesnis n2, o kritimo kampas i viršija ribinį kampą. .

Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas- elektromagnetinės bangos, atsiranda įstrižai 2 terpių sąsajoje, kai spinduliuotė pereina iš terpės, kurios lūžio rodiklis didelis n1 į terpę, kurios lūžio rodiklis mažesnis n2, o kritimo kampas i viršija ribinį kampą ipr. . Enciklopedinis žodynas

naudojami vadinamojoje šviesolaidinėje optikoje. Skaidulinė optika yra optikos šaka, susijusi su šviesos spinduliuotės perdavimu per šviesolaidinius šviesos kreipiklius. Šviesolaidiniai šviesos kreiptuvai – tai atskirų skaidrių skaidulų, surenkamų į ryšulius (ryšulius), sistema. Šviesa, patenkanti į skaidrų pluoštą, apsuptą mažesnio lūžio rodiklio medžiaga, daug kartų atsispindi ir sklinda išilgai pluošto (žr. 5.3 pav.).

1) Medicinoje ir veterinarinėje diagnostikoje šviesos kreiptuvai daugiausia naudojami vidaus ertmėms apšviesti ir vaizdams perduoti.

Vienas iš šviesolaidžių naudojimo medicinoje pavyzdžių yra endoskopas– specialus aparatas vidinių ertmių (skrandžio, tiesiosios žarnos ir kt.) apžiūrai. Viena iš tokių prietaisų veislių yra pluoštas gastroskopu. Su jo pagalba galite ne tik vizualiai ištirti skrandį, bet ir padaryti reikiamas nuotraukas diagnostikos tikslais.

2) Naudojant šviesos kreipiklius, lazerio spinduliuotė taip pat perduodama į vidaus organus, siekiant terapinio poveikio navikams.

3) Skaidulinė optika buvo plačiai pritaikyta technologijose. Pastaraisiais metais sparčiai vystantis informacinėms sistemoms, iškilo poreikis kokybiškai ir greitai perduoti informaciją komunikacijos kanalais. Šiuo tikslu signalai perduodami lazerio spinduliu, sklindančiu išilgai šviesolaidinių šviesos kreiptuvų.

ŠVIESOS BANGOS SAVYBĖS

TRUKDŽIAI SVETA.

Trukdymas– viena ryškiausių banginės šviesos prigimties apraiškų. Šis įdomus ir gražus reiškinys stebimas tam tikromis sąlygomis, kai yra du ar daugiau šviesos pluoštų. Gana dažnai susiduriame su trukdžių reiškiniais: alyvos dėmių ant asfalto spalvos, šąlančio langų stiklo dažymas, keistų spalvų raštai ant kai kurių drugelių ir vabalų sparnų – visa tai yra šviesos trukdžių apraiška.

ŠVIESOS TRUKDŽIAI- pridėti du ar daugiau nuoseklusšviesos bangos, kuriose įvairiuose taškuose pasirodo amplitudės padidėjimas arba praradimas susidariusi banga.

Darna.

Darna vadinamas kelių virpesių ar bangų procesų koordinuotas įvykis laike ir erdvėje, t.y. bangos su tuo pačiu dažniu ir pastoviu fazių skirtumu laikui bėgant.

Monochromatinės bangos ( vienodo bangos ilgio bangos ) – yra nuoseklūs.

Nes tikrų šaltinių nesukuria griežtai monochromatinės šviesos, tada bangas skleidžia bet kokie nepriklausomi šviesos šaltiniai visada nenuoseklus. Šaltinyje šviesą skleidžia atomai, kurių kiekvienas skleidžia šviesą tik ≈ 10 -8 s. Tik per šį laiką atomo skleidžiamos bangos turi pastovią svyravimų amplitudę ir fazę. Bet būk nuoseklus bangas galima padalyti vieno šaltinio skleidžiamą šviesos spindulį padalijus į 2 šviesos bangas ir, praėjus skirtingais keliais, jas vėl sujungiant. Tada fazių skirtumą lems bangų takų skirtumas: at pastovus fazių skirtumas fazių skirtumas bus irgi pastovus .

BŪKLĖ TRUKDŽIAI MAKSIMALIAI :

Jeigu optinio kelio skirtumas ∆ vakuume yra lygus lyginis pusinių bangų skaičius arba (sveikasis bangos ilgių skaičius)

toje pačioje fazėje.

BŪKLĖ MINIMALI TRUKDŽIAI.

Jeigu optinio kelio skirtumas ∆ lygus nelyginis pusbangių skaičius

tada atsiras taške M sužadinti svyravimai antifazėje.

Tipiškas ir dažnas šviesos trukdžių pavyzdys yra muilo plėvelė.

Trikdžių taikymas – optikos danga: dalis šviesos, praeinančios pro lęšius, atsispindi (iki 50 % sudėtingose ​​optinėse sistemose). Antirefleksinio metodo esmė ta, kad optinių sistemų paviršiai padengiami plonomis plėvelėmis, kurios sukuria trukdžių reiškinius. Plėvelės storis d=l/4 krentančios šviesos, tada atspindėta šviesa turi kelio skirtumą, atitinkantį minimalų trukdžių skaičių

ŠVIESOS SKLIUTIS

Difrakcija paskambino lenkti bangas aplink kliūtis, sutikti savo kelyje arba platesne prasme – bet koks bangos sklidimo nuokrypisšalia kliūčių iš tiesios.

Galimybė stebėti difrakciją priklauso nuo šviesos bangos ilgio ir kliūčių dydžio santykio (nehomogeniškumo)

Difrakcija Fraunhoferis ant difrakcijos gardelės.

Vienmatė difrakcinė gardelė - lygiagrečių vienodo pločio plyšių sistema, esanti toje pačioje plokštumoje ir atskirta nepermatomais vienodo pločio tarpais.

Bendra difrakcijos schema yra bangų, kylančių iš visų plyšių, abipusio trukdžių rezultatas - Difrakcinėje grotelėje atsiranda kelių pluoštų koherentinių difrakuotų šviesos pluoštų, sklindančių iš visų plyšių, trukdžiai.

Jeigu a - plotis kiekvienas plyšys (MN); b - nepermatomų sričių plotis tarp plyšių (NC), tada vertė d = a+ b paskambino difrakcijos gardelės konstanta (periodas)..

kur N 0 yra plyšių skaičius ilgio vienete.

Spindulių (1-2) ir (3-4) kelių skirtumas ∆ lygus CF

1. .MINIMALI BŪKLĖ Jei kelio skirtumas CF = (2n+1)l/2– yra lygus nelyginiam pusės bangos ilgių skaičiui, tada spindulių 1-2 ir 3-4 svyravimai bus priešfazėje ir panaikins vienas kitą apšvietimas:

n = 1,2,3,4 … (4.8)

Ribinis viso atspindžio kampas yra šviesos kritimo kampas dviejų terpių sąsajoje, atitinkantis 90 laipsnių lūžio kampą.

Skaidulinė optika yra optikos šaka, tirianti fizikinius reiškinius, atsirandančius ir vykstančius optinėse skaidulose.

4. Bangų sklidimas optiškai nehomogeninėje terpėje. Spindulinio lenkimo paaiškinimas. Miražai. Astronominė refrakcija. Nehomogeninė terpė radijo bangoms.

Miražas yra optinis reiškinys atmosferoje: šviesos atspindys riboje tarp oro sluoksnių, kurių tankis smarkiai skiriasi. Stebėtojui toks atspindys reiškia, kad kartu su nutolusiu objektu (ar dangaus dalimi) matomas jo virtualus vaizdas, pasislinkęs objekto atžvilgiu. Miražai skirstomi į apatinius, matomus po objektu, viršutinius, virš objekto ir šoninius.

Inferior Mirage

Jis stebimas esant labai dideliam vertikaliam temperatūros gradientui (jo mažėjimui didėjant aukščiui) ant perkaitusios plokščios dangos, dažnai dykumos ar asfaltuoto kelio. Virtualus dangaus vaizdas sukuria vandens iliuziją paviršiuje. Taigi į tolį besidriekiantis kelias karštą vasaros dieną atrodo šlapias.

Superior Mirage

Stebimas virš šalto žemės paviršiaus su apverstu temperatūros pasiskirstymu (didėja didėjant jo aukščiui).

Fata Morgana

Sudėtingi miražo reiškiniai su ryškiu objektų išvaizdos iškraipymu vadinami Fata Morgana.

Tūrinis miražas

Kalnuose labai retai, esant tam tikroms sąlygoms, galima išvysti „iškreiptą aš“ gana arti. Šis reiškinys paaiškinamas „stovinčių“ vandens garų buvimu ore.

Astronominis lūžis yra šviesos spindulių lūžimo iš dangaus kūnų reiškinys, kai planetos atmosferos tankis visada mažėja didėjant aukščiui, šviesos lūžimas vyksta taip, kad išlenktas spindulys visais atvejais yra išgaubtas. zenitas. Šiuo atžvilgiu refrakcija visada „pakelia“ dangaus kūnų vaizdus aukščiau jų tikrosios padėties

Refrakcija sukelia daugybę optinių-atmosferinių efektų Žemėje: padidinimą dienos ilgis dėl to, kad saulės diskas dėl lūžio pakyla virš horizonto keliomis minutėmis anksčiau nei momentas, kai pagal geometrinius sumetimus turėjo pakilti Saulė; šalia horizonto matomų Mėnulio ir Saulės diskų nuslinkimas dėl to, kad apatinis diskų kraštas lūžtant pakyla aukščiau nei viršutinis; žvaigždžių mirgėjimas ir kt. Dėl skirtingo bangos ilgio šviesos spindulių lūžio dydžių skirtumo (mėlyni ir violetiniai spinduliai nukrypsta daugiau nei raudoni), šalia horizonto atsiranda akivaizdus dangaus kūnų dažymas.

5. Tiesiškai poliarizuotos bangos samprata. Natūralios šviesos poliarizacija. Nepoliarizuota spinduliuotė. Dichroiniai poliarizatoriai. Poliarizatorius ir šviesos analizatorius. Maluso dėsnis.

Bangų poliarizacija- trikdžių pasiskirstymo simetrijos pažeidimo reiškinys skersinis banga (pavyzdžiui, elektrinio ir magnetinio lauko stiprumas elektromagnetinėse bangose), palyginti su jos sklidimo kryptimi. IN išilginis bangoje poliarizacija įvykti negali, nes tokio tipo bangų trikdžiai visada sutampa su sklidimo kryptimi.

linijiniai – trikdžių svyravimai vyksta vienoje plokštumoje. Šiuo atveju jie kalba apie „ plokštuminės poliarizacijos banga“;

apskritas – amplitudės vektoriaus galas nusako apskritimą svyravimo plokštumoje. Priklausomai nuo vektoriaus sukimosi krypties, gali būti teisingai arba paliko.

Šviesos poliarizacija – šviesos bangos elektrinio lauko stiprumo vektoriaus virpesių sutvarkymo procesas, kai šviesa praeina per tam tikras medžiagas (lūžio metu) arba kai šviesos srautas atsispindi.

Dichroinis poliarizatorius turi plėvelę, kurioje yra bent viena dichroinė organinė medžiaga, kurios molekulės arba molekulių fragmentai yra plokščios struktūros. Bent dalis plėvelės turi kristalinę struktūrą. Dichroinė medžiaga turi bent vieną spektrinės sugerties kreivės maksimumą 400–700 nm ir (arba) 200–400 nm ir 0,7–13 μm spektro diapazonuose. Gaminant poliarizatorių, ant pagrindo uždedama plėvelė, kurioje yra dichroinė organinė medžiaga, jai taikomas orientacinis efektas ir džiovinamas. Šiuo atveju plėvelės uždėjimo sąlygos ir orientavimosi poveikio tipas bei dydis parenkami taip, kad plėvelės eilės parametras atitiktų bent vieną maksimumą spektrinės sugerties kreivėje spektriniame diapazone nuo 0,7 iki 13 μm. , kurio vertė ne mažesnė kaip 0,8. Bent dalies plėvelės kristalinė struktūra yra trimatė kristalinė gardelė, kurią sudaro dichroinės organinės medžiagos molekulės. Išplečiamas poliarizatoriaus spektrinis diapazonas, tuo pačiu gerinant jo poliarizacijos charakteristikas.

Maluso dėsnis yra fizinis dėsnis, išreiškiantis tiesiškai poliarizuotos šviesos intensyvumo priklausomybę po to, kai ji praeina per poliarizatorių nuo kampo tarp krintančios šviesos poliarizacijos plokštumų ir poliarizatoriaus.

Kur aš 0 - šviesos, patenkančios į poliarizatorių, intensyvumas, aš- iš poliarizatoriaus sklindančios šviesos intensyvumas, k a- poliarizatoriaus skaidrumo koeficientas.

6. Brewsterio fenomenas. Frenelio formulės atspindžio koeficientui bangoms, kurių elektrinis vektorius yra kritimo plokštumoje, ir bangoms, kurių elektrinis vektorius yra statmenas kritimo plokštumai. Atspindžio koeficientų priklausomybė nuo kritimo kampo. Atsispindėjusių bangų poliarizacijos laipsnis.

Brewsterio dėsnis yra optikos dėsnis, išreiškiantis lūžio rodiklio santykį su kampu, kuriuo nuo sąsajos atsispindėjusi šviesa bus visiškai poliarizuota plokštumoje, statmenoje kritimo plokštumai, o lūžęs spindulys yra iš dalies poliarizuotas dažnis, o lūžusio pluošto poliarizacija pasiekia didžiausią vertę. Nesunku nustatyti, kad šiuo atveju atsispindėję ir lūžę spinduliai yra vienas kitą statmeni. Atitinkamas kampas vadinamas Brewsterio kampu. Brewsterio dėsnis: , kur n 21 - antrosios terpės lūžio rodiklis, palyginti su pirmąja, θ Br- kritimo kampas (Brewster kampas). Kritančių (U inc) ir atspindėtų (U ref) bangų amplitudės KBB linijoje yra susijusios su ryšiu:

K bv = (U pad – U neg) / (U pad + U neg)

Per įtampos atspindžio koeficientą (K U) KVV ​​išreiškiamas taip:

K bv = (1 - K U) / (1 + K U) Esant grynai aktyviajai apkrovai, BV yra lygus:

K bv = R / ρ ties R< ρ или

K bv = ρ / R, kai R ≥ ρ

čia R – aktyviosios apkrovos varža, ρ – būdingoji linijos varža

7. Šviesos trukdžių samprata. Dviejų nenuoseklių ir koherentinių bangų, kurių poliarizacijos linijos sutampa, pridėjimas. Gautos bangos intensyvumo priklausomybė sudėjus dvi koherentines bangas nuo jų fazių skirtumo. Bangų takų geometrinio ir optinio skirtumo samprata. Bendrosios trukdžių maksimumų ir minimumų stebėjimo sąlygos.

Šviesos trukdžiai yra netiesinis dviejų ar daugiau šviesos bangų intensyvumo sudėjimas. Šį reiškinį lydi kintantys intensyvumo maksimumai ir minimumai erdvėje. Jo pasiskirstymas vadinamas trukdžių modeliu. Kai šviesa trukdo, energija perskirstoma erdvėje.

Bangos ir jas sužadinantys šaltiniai vadinami koherentiniais, jei fazių skirtumas tarp bangų nepriklauso nuo laiko. Bangos ir jas sužadinantys šaltiniai vadinami nenuosekliais, jei fazių skirtumas tarp bangų laikui bėgant kinta. Skirtumo formulė:

, kur , ,

8. Laboratoriniai šviesos trukdžių stebėjimo metodai: Youngo eksperimentas, Frenelio biprizma, Frenelio veidrodžiai. Interferencijų maksimumų ir minimumų padėties apskaičiavimas.

Youngo eksperimentas – Eksperimento metu šviesos spindulys nukreipiamas į nepermatomą ekrano ekraną su dviem lygiagrečiais plyšiais, už kurių sumontuotas projekcinis ekranas. Šis eksperimentas parodo šviesos trukdžius, o tai yra bangų teorijos įrodymas. Plyšių ypatumas yra tas, kad jų plotis yra maždaug lygus skleidžiamos šviesos bangos ilgiui. Toliau aptariamas lizdo pločio poveikis trukdžiams.

Jei darysime prielaidą, kad šviesa susideda iš dalelių ( korpuskulinė šviesos teorija), tada projekciniame ekrane matėsi tik dvi lygiagrečios šviesos juostos, einančios pro ekrano plyšius. Tarp jų projekcinis ekranas liktų praktiškai neapšviestas.

Frenelio biprizmė – fizikoje – dviguba prizmė su labai mažais kampais viršūnėse.
Frenelio biprizma yra optinis įrenginys, leidžiantis iš vieno šviesos šaltinio suformuoti dvi koherentines bangas, kurios leidžia stebėti stabilų trukdžių modelį ekrane.
Frenkelio biprizma yra priemonė eksperimentiškai įrodyti šviesos banginį pobūdį.

Frenelio veidrodžiai yra optinis prietaisas, kurį 1816 metais pasiūlė O. J. Fresnelis, skirtas stebėti koherentinių šviesos pluoštų trukdžių reiškinį. Įrenginys susideda iš dviejų plokščių veidrodžių I ir II, sudarančių dvikampį kampą, kuris nuo 180° skiriasi tik keliomis kampinėmis minutėmis (žr. 1 pav. straipsnyje Šviesos trukdžiai). Kai veidrodžiai apšviečiami iš šaltinio S, nuo veidrodžių atsispindinčių spindulių pluoštai gali būti laikomi sklindančiais iš koherentinių šaltinių S1 ir S2, kurie yra virtualūs S vaizdai. Erdvėje, kurioje spinduliai persidengia, atsiranda trukdžių. Jei šaltinis S yra linijinis (plyšys) ir lygiagretus fotonų kraštui, tada, apšviečiant monochromatine šviesa, ekrane M stebimas interferencijos modelis vienodai išdėstytų tamsių ir šviesių juostelių pavidalu, lygiagrečiai plyšiui. galima montuoti bet kurioje sijų persidengimo vietoje. Atstumas tarp juostelių gali būti naudojamas šviesos bangos ilgiui nustatyti. Eksperimentai, atlikti su fotonais, buvo vienas iš lemiamų šviesos banginės prigimties įrodymų.

9. Šviesos trukdžiai plonose plėvelėse. Šviesių ir tamsių juostelių susidarymo atspindėtoje ir sklindančioje šviesoje sąlygos.

10. Vienodo nuolydžio ir vienodo storio juostos. Niutono trukdžių žiedai. Tamsių ir šviesių žiedų spinduliai.

11. Šviesos trukdžiai plonose plėvelėse esant normaliam šviesos kritimui. Optinių prietaisų dengimas.

12. Michelson ir Jamin optiniai interferometrai. Medžiagos lūžio rodiklio nustatymas naudojant dviejų spindulių interferometrus.

13. Daugialypių šviesos trukdžių samprata. Fabry-Perot interferometras. Baigtinio skaičiaus vienodos amplitudės bangų, kurių fazės sudaro aritmetinę progresiją, pridėjimas. Susidarančios bangos intensyvumo priklausomybė nuo trukdančių bangų fazių skirtumo. Pagrindinių trukdžių maksimumų ir minimumų susidarymo sąlyga. Kelių spindulių trukdžių modelio pobūdis.

14. Bangų difrakcijos samprata. Bangos parametras ir geometrinės optikos dėsnių taikymo ribos. Huygenso-Fresnelio principas.

15. Frenelio zonos metodas ir tiesinio šviesos sklidimo įrodymas.

16. Frenelio difrakcija pagal apvalią skylę. Frenelio zonų spinduliai sferiniam ir plokštuminiam bangų frontui.

17. Šviesos difrakcija nepermatomame diske. Frenelio zonų ploto apskaičiavimas.

18. Bangos amplitudės didinimo, praeinant pro apvalią skylę, problema. Amplitudės ir fazių zonos plokštės. Fokusavimo ir zoninės plokštės. Fokusuojantis objektyvas kaip ribojantis laiptuotos fazės zonos plokštės atvejis. Objektyvo zonavimas.