Най-важното от урока
Пълно вътрешно отражение е явление, при което светлината се отразява изцяло от границата между две среди, без да се пречупва.
Условия: Случва се само при преход от по-плътна към по-рядка оптична среда (напр. стъкло → въздух) и при достатъчно голям ъгъл на падане.
Приложения: В основата е на оптичните влакна за комуникации, призмите в биноклите и силния блясък на диамантите.
Условия: Случва се само при преход от по-плътна към по-рядка оптична среда (напр. стъкло → въздух) и при достатъчно голям ъгъл на падане.
Приложения: В основата е на оптичните влакна за комуникации, призмите в биноклите и силния блясък на диамантите.
Пълно вътрешно отражение е физично явление, което може да настъпи само при изпълнение на две условия едновременно:
1. Светлината трябва да се разпространява от оптично по-плътна към оптично по-рядка среда (например от стъкло във въздух, от вода във въздух).
2. Ъгълът на падане на светлинния лъч трябва да е по-голям от определена гранична стойност за двете среди.
2. Ъгълът на падане на светлинния лъч трябва да е по-голям от определена гранична стойност за двете среди.
Когато светлина от фенерче под вода е насочена към повърхността, тя излиза във въздуха. Водата е оптично по-плътна от въздуха, затова тук е възможно да се наблюдава пълно вътрешно отражение, ако ъгълът се увеличи достатъчно.
Ще се наблюдава ли пълно вътрешно отражение, ако светлинен лъч преминава от въздух в стъкло? Защо?
Отговор: Не, защото светлината преминава от оптично по-рядка (въздух) към оптично по-плътна среда (стъкло). Първото условие не е изпълнено.
Когато светлината преминава от по-плътна в по-рядка среда, ъгълът на пречупване \(\beta\) е по-голям от ъгъла на падане \(\alpha\). С увеличаване на \(\alpha\), ъгълът \(\beta\) също расте, докато достигне \(90^\circ\). При този ъгъл на падане пречупеният лъч се "хлъзга" по границата между двете среди. Ако ъгълът на падане се увеличи още, светлината спира да се пречупва и се отразява изцяло обратно в първата среда, сякаш границата е огледало.
Какво ще се случи със светлинен лъч, който пада върху граничната повърхност вода-въздух под ъгъл, по-голям от този, при който ъгълът на пречупване е \(90^\circ\)?
Отговор: Лъчът няма да премине във въздуха, а ще се отрази напълно от водната повърхност обратно във водата.
Пълното вътрешно отражение има ключови приложения в науката и технологиите.
- Оптични влакна: Използват се за пренос на информация (интернет, телевизия) и в медицината (ендоскопия). Светлината се разпространява във влакното, отразявайки се многократно от вътрешните му стени.
- Оптични уреди: Специални стъклени призми в бинокли, перископи и фотоапарати използват явлението, за да променят посоката на светлината.
- Бижутерия: Блясъкът на диамантите и други скъпоценни камъни се дължи на специалното им изрязване, което води до многократни пълни вътрешни отражения на светлината в тях.
Защо оптичните влакна са толкова ефективни за пренос на информация на големи разстояния?
Отговор: Защото при пълното вътрешно отражение светлинният сигнал се отразява изцяло, без да се губи енергия при пречупване. Това позволява на сигнала да измине огромни разстояния с минимални загуби.
Задачи за упражнение
Лесна: В кой от следните случаи е възможно да се наблюдава пълно вътрешно отражение: а) лъч преминава от диамант във въздух; б) лъч преминава от въздух във вода?
Отговор: Случай а), защото светлината преминава от оптично по-плътна (диамант) към оптично по-рядка среда (въздух).
Средна: Обяснете защо, когато плуваме под вода и погледнем нагоре към повърхността под голям ъгъл, понякога виждаме отражение на дъното, вместо небето над водата.
Отговор: Това се дължи на пълно вътрешно отражение. Светлината от дъното идва към очите ни, след като се е отразила от граничната повърхност вода-въздух. Това се случва, защото гледаме под ъгъл, по-голям от граничния за вода и въздух.
Трудна: Светлината се движи по-бавно в диамант, отколкото в стъкло. Обяснете защо това е причината диамантите да блестят по-силно от стъклени имитации със същата форма.
Отговор: По-ниската скорост на светлината означава, че диамантът е оптично по-плътна среда от стъклото. Това води до по-малък граничен ъгъл за пълно вътрешно отражение. В резултат на това, по-голяма част от светлината, попаднала в диаманта, претърпява пълно вътрешно отражение и остава "уловена" в него за по-дълго време, което създава силния блясък.
