внутрішнє відображення

1. Повне внутрішнє віддзеркалення в природі і техніці [ правити | правити код ]
2. Светоделітельний куб [ правити | правити код ]
3. световод [ правити | правити код ]
4. Відображення пружних хвиль в твердому тілі [ правити | правити код ]

Внутрішнє відображення - явищевідображення електромагнітних або звукових хвиль від кордону розділу двох середовищ за умови, що хвиля падає із середовища, де швидкість її поширення менше (в разі світлових променів це відповідає більшому показником заломлення ).

Неповне внутрішнє віддзеркалення - внутрішнє віддзеркалення, за умови, що кут падіння менше критичного кута. В цьому випадку промінь роздвоюється на переломлених і відбитий.

Повне внутрішнє віддзеркалення - внутрішнє віддзеркалення, за умови, що кут падіння перевершує деякий критичний кут. При цьому падаюча хвиля відбивається повністю, і значення коефіцієнта відбиття перевершує його найбільші значення для полірованих поверхонь. Коефіцієнт відображення при повному внутрішньому відбитті не залежить від довжини хвилі .

В оптиці це явище спостерігається для широкого спектра електромагнітного випромінювання , включаючи рентгенівський діапазон .

У геометричній оптиці явище пояснюється в рамках закону Снеллиуса . З огляду на, що кут заломлення не може перевищувати 90 °, отримуємо, що при куті падіння, синус якого більше відносини меншого показника заломлення до більшого показника, електромагнітна хвиля повинна повністю відбиватися в першу середу.

θ c = arcsin (n 2 n 1). {\ Displaystyle \ theta _ {\ rm {c}} = \ arcsin \! \ Left ({\ frac {n_ {2}} {n_ {1}}} \ right).}

Кут θ c {\ displaystyle \ theta _ {\ rm {c}}} являє собою найменший кут падіння, при якому спостерігається повне внутрішнє відбиття. Його називають граничним або критичним кутом. Використовується також найменування «кут повного відображення» [1] .

Відповідно до хвильової теорії явища, електромагнітна хвиля все ж проникає в другу середу - там поширюється так звана «неоднорідна хвиля», яка експоненціально загасає і енергію з собою не несе. Характерна глибина проникнення неоднорідною хвилі в другу середу порядку довжини хвилі.

Вперше явище повного внутрішнього відображення було описано Іоганном Кеплером в 1600 році [1] .

Порушене повне внутрішнє віддзеркалення - явище порушення повного внутрішнього відображення через поглинання відбиває середовищем частини випромінювання [2] . Широко застосовується в лабораторній практиці і оптичної промисловості [3] .

Розглянемо внутрішнє віддзеркалення на прикладі двох монохроматичних променів, що падають на межу розділу двох середовищ. Промені падають із зони більш щільною середовища (позначена більш темним блакитним кольором) з показником заломлення n 1 {\ displaystyle n_ {1}} на кордон з менш щільною середовищем (позначена світло-блакитним кольором) з показником заломлення n 2 ​​{\ displaystyle n_ {2}} .

Червоний промінь падає під кутом Φ 1 <α c = Θ c {\ displaystyle \ Phi _ {1} <\! \, \! \, \ Alpha _ {c} = \! \, \ Theta _ {c}} , Тобто на кордоні середовищ він роздвоюється - частково заломлюється і частково відбивається. Частина променя заломлюється під кутом Φ 2 {\ displaystyle \ Phi _ {2}} .

Зелений промінь падає і повністю відбивається Θ> α c = Θ c {\ displaystyle \ Theta> \! \, \ Alpha _ {c} = \! \, \ Theta _ {c}} .

Повне внутрішнє віддзеркалення в природі і техніці [ правити | правити код ]

Фата-моргана , ефекти міражу , Наприклад ілюзія мокрої дороги при літній спеці. Тут відображення виникають через повного відображення між шарами повітря з різною температурою.

Яскравий блиск багатьох природних кристалів , А особливо - огранованих дорогоцінних і напівкоштовних каменів пояснюється повним внутрішнім віддзеркаленням, в результаті якого кожен увійшов в кристал промінь утворює велику кількість досить яскравих вийшли променів, забарвлених в результаті дисперсії .

блиск алмазів , Що виділяє їх з інших дорогоцінних каменів, також визначається цим феноменом. Через високий показник заломлення (n ≈ 2) алмазу виявляється більшим і число внутрішніх відображень, які зазнає промінь світла з меншими втратами енергії, в порівнянні зі склом та іншими матеріалами з меншим показником заломлення.

Повне внутрішнє віддзеркалення можна спостерігати, якщо дивитися з-під води на поверхню: при певних кутах на кордоні розділу спостерігається не зовнішня частина (то, що в повітрі), а видно дзеркальне відображення об'єктів, які знаходяться у воді.

Светоделітельний куб [ правити | правити код ]

Безпосередньо за першої граничної поверхнею, тобто на відстані максимум, що дорівнює довжині хвилі світла , Друга гранична поверхня має той же показник заломлення n1. електромагнітна хвиля світла проникає через смугу з показником заломлення n2 і потрапляє в другу граничну поверхню з показником заломлення n1, але з меншим значенням енергії. Спостерігається роздвоєння променя світла , Частина якого проникла в зону з показником заломлення n2. В кінцевому результаті промінь роздвоюється: частина поширюється далі в первісному напрямку, в той час як інша частина відбивається. Втрата інтенсивності в середовищі n2 проходить експоненціально за формулою:

I = I 0 ⋅ exp (- x λ). {\ Displaystyle I = I_ {0} \ cdot \ exp \! \ Left (- {\ frac {x} {\ lambda}} \ right).}

световод [ правити | правити код ]

Ефект повного внутрішнього відображення використовується в оптичних волокнах . Осьова частина волокна (серцевина) формується зі скла з більш високим показником заломлення, ніж навколишня оболонка. Такі світлопроводи використовуються для побудови волоконно-оптичних кабелів .

при рентгенівському випромінюванні згідно загальній формулі значень показника заломлення:

n = 1 - δ - i β. {\ Displaystyle n = 1 \ delta -i \ beta.}

випливає, що вакуум - оптично більш щільне середовище, ніж будь-яка речовина. Значення коефіцієнта δ {\ displaystyle \ delta} проходженні рентгенівських променів лежать в області між </ 10 - 6 {\ displaystyle </ 10 ^ {- 6}} і </ 10 - 5 {\ displaystyle </ 10 ^ {- 5}} і залежать від квантової енергії випромінювання, констант кристалічної решітки і щільності речовини.

При невеликих кутах падіння, спостерігається ефект ковзання, заломлення рентгенівських променів з відображенням під кутом, рівним куту падіння (θ). Кути ковзання для «жорстких» рентгенівських променів складають частки градуса, для «м'яких» - приблизно 10-20 градусів. [4] [5]

Переломлення рентгенівських променів при ковзному падінні було вперше сформульовано М. А. Кумаховим, що розробив рентгенівське дзеркало , І теоретично обгрунтовано Артуром Комптоном в 1923 році .

Відображення пружних хвиль в твердому тілі [ правити | правити код ]

Так як в твердому тілі одночасно присутні поздовжні і поперечні хвилі, відображення на кордоні двох середовищ описується законом Снеллиуса для кожного з типів хвиль. Відповідно до закону, виділяють не один, а три критичних кута [6] :

• Перший критичний кут: найменший кут падіння поздовжньої хвилі, при якому переломлених поздовжня хвилі не буде проникати в другу середу (виникнення головного хвилі).
• Другий критичний кут: найменший кут падіння поздовжньої хвилі, при якому переломлених поперечна хвилі не буде проникати в другу середу (поява поверхневої хвилі Релея).
• Третій критичний кут: найменший кут падіння поперечної хвилі, при якому ще відсутня відображена поздовжня хвиля.

Демонстрація заломлення, а значить і ефекту повного внутрішнього відображення можлива, наприклад, для звукових хвиль на поверхні і в товщі рідини при переході між зонами різної в'язкості або щільності.

Явища, подібні з ефектом повного внутрішнього відображення електромагнітного випромінювання, спостерігаються для пучків повільних нейтронів. [7]

Якщо на поверхню розділу падає вертикально поляризована хвиля під кутом Брюстера , То буде спостерігатися ефект повного спотворення - відбита хвиля буде відсутній.

Відеоурок: повне внутрішнє відбиття