Практическое занятие №2.
Правило знаков в оптике. Основные законы распространения света
2.4. Задачи на эффект полного внутреннего отражения
2.4.1. Эффект полного внутреннего отражения как частный случай закона преломления
По соотношениям закона преломления несложно установить: Угол полного внутреннего отражения — это угол, при падении под которым луч пойдет вдоль границы раздела двух сред, теоретически даже не проникая ни в одну из них.
Получается, что угол выхода = 90, синус =1. По соотношениям для закона преломления несложно установить:
Угол полного внутреннего отражения:
Легко догадаться, что полное внутреннее отражение может происходить только для перехода из среды более плотной в менее плотную. Иначе получится синус больше 1 (а это невозможно). Например, задача:
Задача 1.
Определить угол полного внутреннего отражения на границе раздела сред стекло-воздух.
Решение:
воздух; ; — угол полного внутреннего отражения.
Ответ: Полное внутреннее отражение будет наступать при углах, больших чем .
При превышении угла полного внутреннего отражения , как видно из рисунка, производится отражение луча от границы раздела по закону отражения.
Задача 2.
Показатель преломления первой среды n 1 =2. Синус угла ПВО =0.71. Определить показатель преломления второй среды.
$F 1.42 % 5
Решение:
По сотношениям для угла ПВО:
n 2 =sin ε ПВО ·n 1
Таким образом, n 2 =0.71·2=1.42
Ответ: Показатель преломления второй среды n 2 =1.42
2.4.2. Применение явления ПВО
Явление полного внутреннего отражения используется в оптике: в волоконной оптике, в призмах для подсветки штрихов и перекрестий и т.д.
a) Световод
Для передачи света или изображения по волокну используется световод:
Свет запускается в жилу световода под углом, большим угла ПВО, и таким образом, многократно отражаясь от стен, свет доходит до конца световода.
б) Призмы
Отражение от граней в призмах.
ПРИЗМА ОПТИЧЕСКАЯ — призма из прозрачного вещества (стекол, кварца, флюорита, LiF, NaCl, KBr, Csl и др.) Различают спектральные (дисперсионные) призмы, которые используют для изучения явлений, связанных с дисперсией света, и применяют в спектральных приборах; отражательные призмы, применяющиеся в оптических системах для изменения направления лучей; поляризационные призмы.
Если расчет показывает, что угол падения луча на отражающую грань больше угла полного внутреннего отражения, это означает, что на данную грань отражающее покрытие наносить не нужно. Например:
Не следует на отражающую грань наносить отражающее покрытие.
Законы отражения и преломления имеют очень важное значение в геометрической оптике, т.к. последовательное их применение к поверхностям оптической системы позволяет производить расчет хода луча, т.е. определять координаты луча.
7. Явление полного внутреннего отражения. Световоды.
Пусть луч падает на границу раздела двух сред. С увеличением угла падения увеличивается угол преломления до тех пор, пока при некотором угле падения i1=2угол преломления не окажется равным 2. Угол iпр называется предельным углом. При углах падения i1>iпр весь падающий свет полностью отражается.
По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного—растет. Если i1=iпр , то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего. Таким образом, при углах падения в пределах от iпр до 2 луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением.
Предельный угол iпр можно определить из формулы для закона преломления (n1sin i1= n2sin i2) при подстановке в нее i2=2. Тогда sin iпр= n2/ n1= n21. (1)
Уравнение (1) удовлетворяет значениям угла iпр при n2 n1. Следовательно, явление полного отражения имеет место только при падении света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную.
Явление полного отражения используется в световодах, представляющих собой тонкие, произвольным образом изогнутые нити (волокна) из оптически прозрачного материала. В волоконных деталях применяют стеклянное волокно, световедущая жила (сердцевина) которого окружается стеклом—оболочкой из другого стекла с меньшим показателем преломления. Свет, падающий на торец световода под углами, большими предельного, претерпевают на поверхности раздела сердцевины и оболочки полное отражение и распространяется только по световедущей жиле.
Таким образом, с помощью световода можно как угодно искривлять путь светового пучка. Диметр световедущих жил лежит в пределах от нескольких микрометров до нескольких миллиметров. Для передачи изображений, как правило применяются многожильные световоды. Вопросы передачи световых волн и изображений изучаются в специальном разделе оптики—волоконной оптике. Светеводы используются в электронно-лучевых трубках, в электронно-счетных машинах, для координирования информации, в медицине, для целей интегральной оптики и т. д.
Где используется явление полного внутреннего отражения
Существуют так называемые «холодные» зеркала. Такие зеркала отражают видимые лучи света и пропускают сквозь себя тепловые (инфракрасные) лучи так , что стекло не нагревается. Эти зеркала используются в кинопроекционных аппаратах, прожекторах и других аналогичных устройствах.
—>СТАТИСТИКА —>
Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
—>МЫ ВКОНТАКТЕ —>
—>НЕМНОГО РЕКЛАМЫ —>
Наши спонсоры
Полное внутреннее отражение света
Описание:
В мензурку налита вода. Лазерный луч падающий перпендикулярно поверхности выглядит как прямая линия. Но если мы будем светить на внутреннюю поверхность мензурки лазерным лучом, то заметим, что луч отражается от внутренней поверхности и не выходит наружу.
Тот же эффект наблюдается и при использовании световода или стекловолокна. Мы взяли световод – тонкая как волос стеклянная нить в пластиковой оболочке – и пропустили по нему лазерный луч.
Как бы ни была искривлена леска световода (в нашем случае завернута кольцами), луч лазера не вырывается наружу, а многократно отражается внутри, пока не выходит с противоположного конца.
Объяснение:
Такое явление в физике называется полным внутренним отражением света.
Полное внутреннее отражение наблюдается при переходе света из среды оптически более плотной в оптически менее плотную среду (например, из воды в воздух) и под определенным углом падения лучей.
Явление полного отражения можно наблюдать на таком примере. Если налить в стакан воду и поднять её выше уровня глаз, то поверхность воды при рассмотрении её снизу кажется посеребрённой вследствие полного отражения света. Поверхность воды снизу непрозрачна, потому что полностью отражает свет назад.
Где это используется:
Эффектом полного отражения света вы пользуетесь прямо сейчас, читая данные строки на нашем интернет ресурсе. Потому как этот эффект используется в телефонных линиях и Интернет-линиях. Сегодня они делаются из оптоволоконного кабеля.
Такой кабель состоит из стеклянных нитей толщиной с волосок, по нему с помощью лазерных лучей можно передавать одновременно до шести миллионов телефонных разговоров. Оболочка кабеля отражает лучи, и свет не может выйти наружу, его постоянно отбрасывает внутрь. По стекловолокну лучи можно передавать на расстояние до 100 км, и на другом конце они будут достаточно яркими.
Где используется явление полного внутреннего отражения
Издание Нижегородского Университета
Toggle navigation
- Выпуски
- Год 2017, том 60, выпуск 6
- Пред. публикация
- След. публикация
Использование явления полного внутреннего отражения света для диагностики морского ветрового волнения
Разработана математическая модель формирования подводного изображения взволнованной морской поверхности, на основе которой предложен метод определения статистических пространственно-временных характеристик ветрового волнения. В этом методе используется явление полного внутреннего отражения света на границе раздела вода—воздух.
Пример ссылки для цитирования:
Вебер В.Л. Использование явления полного внутреннего отражения света для диагностики морского ветрового волнения // Изв. вузов. Радиофизика. 2017. Т. 60, № 6. C. 530–.