Най-важното от урока
Пречупване: Светлината се "огъва" при преминаване между среди с различна оптична плътност. Пример: сламка в чаша с вода.
Посока на пречупване: В по-плътна среда се приближава до перпендикуляра, в по-рядка - се отдалечава.
Пълно вътрешно отражение: Случва се само при преход от по-плътна към по-рядка среда, когато ъгълът на падане е по-голям от граничния.
Приложение: Оптичните влакна използват пълно вътрешно отражение за пренос на информация със светлина.
Посока на пречупване: В по-плътна среда се приближава до перпендикуляра, в по-рядка - се отдалечава.
Пълно вътрешно отражение: Случва се само при преход от по-плътна към по-рядка среда, когато ъгълът на падане е по-голям от граничния.
Приложение: Оптичните влакна използват пълно вътрешно отражение за пренос на информация със светлина.
Явление, при което светлината променя посоката си на разпространение, когато преминава от една прозрачна среда в друга с различна оптична плътност.
Ъгъл на пречупване (\( \alpha' \)): Ъгълът между пречупения лъч и перпендикуляра към граничната повърхност.
Светлинен лъч, преминаващ от въздух във вода, се пречупва на водната повърхност. Затова сламка, потопена в чаша с вода, изглежда пречупена на границата между въздуха и водата.
Как се нарича явлението, при което лъч светлина се "огъва" при навлизане от въздух в стъкло?
Отговор: Пречупване на светлината.
Причината за пречупването е различната скорост на светлината в среди с различна оптична плътност.
Когато светлината навлиза в оптично по-плътна среда (напр. от въздух във вода), пречупеният лъч се приближава до перпендикуляра. Ъгълът на пречупване е по-малък от ъгъла на падане (\( \alpha' < \alpha \)).
Когато светлината навлиза в оптично по-рядка среда (напр. от вода във въздух), пречупеният лъч се отдалечава от перпендикуляра. Ъгълът на пречупване е по-голям от ъгъла на падане (\( \alpha' > \alpha \)).
Ако светлинен лъч падне перпендикулярно на границата (\(\alpha = 0^\circ\)), той не се пречупва и продължава в същата посока.
Светлинен лъч преминава от стъкло (по-плътна среда) във въздух (по-рядка среда). Ще се приближи ли или ще се отдалечи от перпендикуляра?
Отговор: Ще се отдалечи от перпендикуляра, защото преминава в оптично по-рядка среда.
Явление, при което светлината не се пречупва, а се отразява изцяло от границата между двете среди и остава в първата среда.
За да се наблюдава пълно вътрешно отражение, трябва да са изпълнени две условия:
- Светлината да се разпространява от оптично по-плътна към оптично по-рядка среда (напр. от стъкло към въздух).
- Ъгълът на падане \( \alpha \) да е по-голям от определена стойност, наречена граничен ъгъл.
Подводен източник на светлина, насочен към повърхността на водата под много голям ъгъл, няма да освети пространството над водата, а лъчите му ще се отразят обратно надолу, сякаш повърхността е огледало.
Може ли да се наблюдава пълно вътрешно отражение, когато светлина преминава от въздух към вода?
Отговор: Не, защото не е изпълнено първото условие. Светлината трябва да преминава от по-плътна (вода) към по-рядка (въздух) среда.
Оптичните влакна са тънки, гъвкави нишки от стъкло или пластмаса, които използват пълното вътрешно отражение, за да предават светлинни сигнали на големи разстояния с минимални загуби.
Оптичните кабели, изградени от хиляди оптични влакна, се използват за високоскоростен интернет и в медицината за ендоскопия (наблюдение на вътрешни органи).
Кое физично явление позволява на светлината да се "движи" по извито оптично влакно?
Отговор: Пълно вътрешно отражение.
Задачи за упражнение
Лесна: Коя от двете среди е оптично по-плътна: стъклото или въздухът?
Отговор: Стъклото е оптично по-плътна среда от въздуха.
Средна: Представете си, че сте водолаз и гледате към повърхността на водата. Опишете какво ще се случи със светлинен лъч, идващ от вашето фенерче и насочен към повърхността под малък ъгъл, и какво - ако го насочите под много голям ъгъл (почти успоредно на дъното).
При малък ъгъл на падане лъчът ще се пречупи и ще излезе във въздуха, като се отдалечи от перпендикуляра. При много голям ъгъл на падане (по-голям от граничния) ще се наблюдава пълно вътрешно отражение и лъчът ще се отрази обратно във водата.
Трудна: Граничният ъгъл за преход от диамант към въздух е много малък (около 24°). Как това свойство допринася за "блясъка" на обработените диаманти (брилянти)?
Малкият граничен ъгъл означава, че светлината, влязла в диаманта, много по-лесно претърпява пълно вътрешно отражение. Светлината се отразява многократно по вътрешните стени на диаманта, преди да излезе (обикновено през горната му част). Това многократно отражение и последващото пречупване при излизане създават силния блясък и "играта" на цветове.
