ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელება სხვადასხვა მედიაში ემორჩილება არეკვლისა და გარდატეხის კანონებს. ამ კანონებიდან, გარკვეულ პირობებში, ერთი საინტერესო ეფექტი მოჰყვება, რომელსაც ფიზიკაში სინათლის მთლიან შინაგან არეკვლას უწოდებენ. მოდით, უფრო დეტალურად განვიხილოთ, რა არის ეს ეფექტი.

ასახვა და რეფრაქცია

სანამ უშუალოდ სინათლის შინაგანი მთლიანი ასახვის განხილვაზე გადავიდოდეთ, აუცილებელია ახსნას ასახვისა და რეფრაქციის პროცესები.

ანარეკლი გაგებულია, როგორც სინათლის სხივის მოძრაობის მიმართულების ცვლილება იმავე გარემოში, როდესაც ის ხვდება ინტერფეისს. მაგალითად, თუ თქვენ მიმართავთ ლაზერული მაჩვენებლიდან სარკეში, შეგიძლიათ დააკვირდეთ აღწერილ ეფექტს.

რეფრაქცია, ისევე როგორც არეკვლა, არის სინათლის მოძრაობის მიმართულების ცვლილება, მაგრამ არა პირველში, არამედ მეორე გარემოში. ამ ფენომენის შედეგი იქნება ობიექტების კონტურების დამახინჯება და მათი სივრცითი მოწყობა. რეფრაქციის ჩვეულებრივი მაგალითია ფანქრის ან კალმის გატეხვა, თუ ის მოთავსებულია ჭიქა წყალში.

რეფრაქცია და ასახვა დაკავშირებულია ერთმანეთთან. ისინი თითქმის ყოველთვის ერთად არიან: სხივის ენერგიის ნაწილი აირეკლება, ხოლო მეორე ნაწილი ირღვევა.

ორივე ფენომენი ფერმას პრინციპის გამოყენების შედეგია. ის ამტკიცებს, რომ სინათლე მოძრაობს ტრაექტორიის გასწვრივ ორ წერტილს შორის, რაც მას ყველაზე ნაკლებ დროს მიიღებს.

ვინაიდან არეკვლა არის ეფექტი, რომელიც ხდება ერთ გარემოში, ხოლო გარდატეხა ხდება ორ მედიაში, ამ უკანასკნელისთვის მნიშვნელოვანია, რომ ორივე მედია გამჭვირვალე იყოს ელექტრომაგნიტური ტალღებისთვის.

რეფრაქციული ინდექსის კონცეფცია

გარდატეხის ინდექსი არის მნიშვნელოვანი სიდიდე განსახილველი ფენომენების მათემატიკური აღწერისთვის. კონკრეტული გარემოს რეფრაქციული ინდექსი განისაზღვრება შემდეგნაირად:

სადაც c და v არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში და მატერიაში, შესაბამისად. v-ის მნიშვნელობა ყოველთვის c-ზე ნაკლებია, ამიტომ n მაჩვენებელი იქნება ერთზე მეტი. განზომილებიანი კოეფიციენტი n გვიჩვენებს, თუ რამხელა სინათლე ჩამორჩება ნივთიერებას (საშუალო) სინათლეს ვაკუუმში. ამ სიჩქარეებს შორის განსხვავება იწვევს რეფრაქციის ფენომენის გამოჩენას.

სინათლის სიჩქარე მატერიაში კორელაციაშია ამ უკანასკნელის სიმკვრივესთან. რაც უფრო მკვრივია გარემო, მით უფრო უჭირს მასში სინათლის მოძრაობა. მაგალითად, ჰაერისთვის n = 1.00029, ანუ თითქმის ვაკუუმისთვის, წყლისთვის n = 1.333.

ანარეკლები, რეფრაქცია და მათი კანონები

მთლიანი ასახვის შედეგის ნათელი მაგალითია ალმასის მბზინავი ზედაპირი. ალმასის რეფრაქციული ინდექსი არის 2.43, ამიტომ ბევრი სინათლის სხივი, რომელიც ძვირფას ქვას ეცემა, განიცდის მრავალჯერადი ანარეკლს მის დატოვებამდე.

ალმასისთვის θc კრიტიკული კუთხის განსაზღვრის პრობლემა

განვიხილოთ მარტივი პრობლემა, სადაც გაჩვენებთ, თუ როგორ გამოვიყენოთ ზემოთ მოცემული ფორმულები. აუცილებელია გამოვთვალოთ რამდენად შეიცვლება მთლიანი ასახვის კრიტიკული კუთხე, თუ ალმასი ჰაერიდან წყალში მოთავსდება.

ცხრილში ვნახეთ მითითებული მედიის რეფრაქციული მაჩვენებლების მნიშვნელობები, ჩვენ ვწერთ მათ:

• ჰაერისთვის: n 1 = 1.00029;
• წყლისთვის: n 2 = 1.333;
• ალმასისთვის: n 3 = 2.43.

კრიტიკული კუთხე ალმასი-ჰაერი წყვილისთვის არის:

θ c1 \u003d რკალი (n 1 / n 3) \u003d რკალი (1.00029 / 2.43) ≈ 24.31 o.

როგორც ხედავთ, ამ წყვილი მედიისთვის კრიტიკული კუთხე საკმაოდ მცირეა, ანუ მხოლოდ იმ სხივებს შეუძლიათ ალმასის ჰაერში დატოვება, რომელიც უფრო ახლოს იქნება ნორმასთან ვიდრე 24,31 o .

წყალში ალმასის შემთხვევაში ვიღებთ:

θ c2 \u003d რკალი (n 2 / n 3) \u003d რკალი (1.333 / 2.43) ≈ 33.27 o.

კრიტიკული კუთხის ზრდა იყო:

Δθ c \u003d θ c2 - θ c1 ≈ 33,27 o - 24,31 o \u003d 8,96 o.

ბრილიანტში სინათლის მთლიანი ასახვის კრიტიკული კუთხის ეს უმნიშვნელო ზრდა იწვევს იმ ფაქტს, რომ ის წყალში ანათებს თითქმის ისევე, როგორც ჰაერში.

თუ n 1 >n 2, მაშინ >α, ე.ი. თუ სინათლე გადადის ოპტიკურად უფრო მკვრივი გარემოდან ოპტიკურად ნაკლებად მკვრივ გარემოში, მაშინ გარდატეხის კუთხე უფრო დიდია, ვიდრე დაცემის კუთხე (ნახ. 3)

შეზღუდვის კუთხე. თუ α=α p,=90˚ და სხივი სრიალებს ჰაერ-წყლის ინტერფეისის გასწვრივ.

თუ α'>α p, მაშინ სინათლე არ გადავა მეორე გამჭვირვალე გარემოში, რადგან სრულად აისახება. ამ ფენომენს ე.წ სინათლის სრული ანარეკლი. დაცემის კუთხე α p, რომლის დროსაც რეფრაქციული სხივი სრიალებს მედიას შორის ინტერფეისის გასწვრივ, ეწოდება მთლიანი ასახვის შემზღუდავი კუთხე.

მთლიანი არეკვლა შეიძლება შეინიშნოს ტოლკუთხა სწორკუთხა მინის პრიზმაში (სურ. 4), რომელიც ფართოდ გამოიყენება პერისკოპებში, ბინოკლებში, რეფრაქტომეტრებში და ა.შ.

ა) სინათლე ეცემა პირველ სახეზე პერპენდიკულარულად და ამიტომ აქ არ განიცდის გარდატეხას (α=0 და =0). დაცემის კუთხე მეორე სახეზე α=45˚, ე.ი.>α p, (მინისთვის α p =42˚). ამიტომ ამ სახეზე სინათლე მთლიანად აირეკლება. ეს არის მბრუნავი პრიზმა, რომელიც ბრუნავს სხივს 90˚.

ბ) ამ შემთხვევაში, სინათლე პრიზმის შიგნით განიცდის უკვე ორმაგ მთლიან არეკვლას. ეს არის ასევე მბრუნავი პრიზმა, რომელიც ბრუნავს სხივს 180˚-ით.

გ) ამ შემთხვევაში პრიზმა უკვე შებრუნებულია. როდესაც სხივები ტოვებენ პრიზმას, ისინი პარალელურად არიან ჩავარდნილი სხივების, მაგრამ ამ შემთხვევაში ზედა დაცემის სხივი ხდება ქვედა, ხოლო ქვედა - ზედა.

მთლიანი ასახვის ფენომენი ფართო ტექნიკური გამოყენება ჰპოვა სინათლის გიდებში.

სინათლის სახელმძღვანელო არის დიდი რაოდენობით თხელი მინის ძაფები, რომელთა დიამეტრი დაახლოებით 20 მიკრონია და თითოეული დაახლოებით 1 მ სიგრძისაა. ეს ძაფები ერთმანეთის პარალელურია და ახლოს არის (ნახ. 5)

თითოეული ძაფი გარშემორტყმულია მინის თხელი გარსით, რომლის გარდატეხის ინდექსი უფრო მცირეა ვიდრე თავად ძაფის. სინათლის სახელმძღვანელოს აქვს ორი ბოლო, ძაფების ბოლოების ორმხრივი განლაგება შუქის სახელმძღვანელოს ორივე ბოლოზე მკაცრად ერთნაირია.

თუ ობიექტი მოთავსებულია სინათლის სახელმძღვანელოს ერთ ბოლოში და განათებულია, მაშინ ამ ობიექტის გამოსახულება გამოჩნდება სინათლის სახელმძღვანელოს მეორე ბოლოში.

გამოსახულება მიიღება იმის გამო, რომ ობიექტის მცირე უბნიდან სინათლე შედის თითოეული ძაფის ბოლოში. მრავალი მთლიანი ანარეკლი განიცდის, სინათლე გამოდის ძაფის საპირისპირო ბოლოდან, გადასცემს ობიექტის მოცემული მცირე ფართობის ანარეკლს.

იმიტომ რომ ძაფების ადგილმდებარეობა ერთმანეთთან შედარებით მკაცრად იგივეა, შემდეგ ობიექტის შესაბამისი გამოსახულება გამოჩნდება მეორე ბოლოში. გამოსახულების სიცხადე დამოკიდებულია ძაფების დიამეტრზე. რაც უფრო მცირეა თითოეული ძაფის დიამეტრი, მით უფრო ნათელი იქნება ობიექტის გამოსახულება. სინათლის ენერგიის დაკარგვა სინათლის სხივის გზაზე, როგორც წესი, შედარებით მცირეა ჩალიჩებში (სინათლის გიდები), ვინაიდან მთლიანი ასახვისას ასახვის კოეფიციენტი შედარებით მაღალია (~0,9999). ენერგიის დაკარგვა ძირითადად გამოწვეულია ბოჭკოს შიგნით არსებული ნივთიერების მიერ სინათლის შთანთქმით.

მაგალითად, სპექტრის ხილულ ნაწილში 1 მ სიგრძის ბოჭკოში იკარგება ენერგიის 30-70% (მაგრამ შეკვრაში).

ამიტომ, დიდი სინათლის ნაკადების გადასაცემად და სინათლის სახელმძღვანელო სისტემის მოქნილობის შესანარჩუნებლად, ცალკეული ბოჭკოები იკრიბება ჩალიჩებად (ჩალიჩებად) - მსუბუქი გიდები.

სინათლის გიდები ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში შიდა ღრუების გასანათებლად ცივი შუქით და გამოსახულების გადასაცემად. ენდოსკოპი- სპეციალური მოწყობილობა შიდა ღრუების (კუჭის, სწორი ნაწლავის და ა.შ.) გამოსაკვლევად. სინათლის გიდების დახმარებით ლაზერული გამოსხივება გადადის სიმსივნეებზე თერაპიული ეფექტისთვის. დიახ, და ადამიანის ბადურა არის უაღრესად ორგანიზებული ბოჭკოვანი სისტემა, რომელიც შედგება ~ 130x10 8 ბოჭკოებისგან.

გეომეტრიული და ტალღური ოპტიკა. ამ მიდგომების გამოყენების პირობები (ტალღის სიგრძისა და ობიექტის ზომის თანაფარდობიდან). ტალღის თანმიმდევრულობა. სივრცითი და დროითი თანმიმდევრობის ცნება. იძულებითი ემისია. ლაზერული გამოსხივების მახასიათებლები. ლაზერის სტრუქტურა და მოქმედების პრინციპი.

იმის გამო, რომ სინათლე არის ტალღური ფენომენი, ხდება ჩარევა, რის შედეგადაც შეზღუდულისინათლის სხივი არ ვრცელდება რომელიმე მიმართულებით, მაგრამ აქვს სასრული კუთხური განაწილება, ანუ ხდება დიფრაქცია. თუმცა, იმ შემთხვევებში, როდესაც სინათლის სხივების დამახასიათებელი განივი ზომები საკმარისად დიდია ტალღის სიგრძესთან შედარებით, შეიძლება უგულებელვყოთ სინათლის სხივის განსხვავება და ვივარაუდოთ, რომ ის ვრცელდება ერთი მიმართულებით: სინათლის სხივის გასწვრივ.

ტალღური ოპტიკა არის ოპტიკის ფილიალი, რომელიც აღწერს სინათლის გავრცელებას მისი ტალღური ბუნების გათვალისწინებით. ტალღური ოპტიკის ფენომენები - ჩარევა, დიფრაქცია, პოლარიზაცია და ა.შ.

ტალღური ჩარევა - სივრცეში ერთდროულად გავრცელებული ორი ან მეტი თანმიმდევრული ტალღის ამპლიტუდის ურთიერთგაძლიერება ან შესუსტება.

ტალღების დიფრაქცია არის ფენომენი, რომელიც ვლინდება ტალღების გავრცელებისას გეომეტრიული ოპტიკის კანონებიდან გადახრის სახით.

პოლარიზაცია - პროცესები და მდგომარეობები, რომლებიც დაკავშირებულია ნებისმიერი ობიექტის განცალკევებასთან, ძირითადად სივრცეში.

ფიზიკაში თანმიმდევრულობა არის რამდენიმე რხევითი ან ტალღური პროცესის კორელაცია (თანმიმდევრულობა) დროში, რაც ვლინდება მათი დამატებისას. რხევები თანმიმდევრულია, თუ მათ ფაზებს შორის სხვაობა დროში მუდმივია და რხევების დამატებისას მიიღება იგივე სიხშირის რხევა.

თუ ორი რხევის ფაზური სხვაობა ძალიან ნელა იცვლება, მაშინ ამბობენ, რომ რხევები გარკვეული დროის განმავლობაში თანმიმდევრული რჩება. ამ დროს ეწოდება თანხვედრის დრო.

სივრცითი თანმიმდევრულობა - რხევების თანმიმდევრულობა, რომლებიც ერთდროულად ხდება ტალღის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულარულ სიბრტყის სხვადასხვა წერტილში.

სტიმულირებული ემისია - ახალი ფოტონის წარმოქმნა კვანტური სისტემის (ატომი, მოლეკულა, ბირთვი და ა.შ.) აღგზნებული მდგომარეობიდან სტაბილურ მდგომარეობაში (ქვედა ენერგიის დონე) გადასვლისას ინდუქციური ფოტონის გავლენით, ენერგია რომელიც ენერგეტიკული დონეების სხვაობის ტოლი იყო. შექმნილ ფოტონს აქვს იგივე ენერგია, იმპულსი, ფაზა და პოლარიზაცია, როგორც ინდუქციურ ფოტონს (რომელიც არ შეიწოვება).

ლაზერული გამოსხივება შეიძლება იყოს უწყვეტი, მუდმივი სიმძლავრით, ან იმპულსური, მიაღწიოს უკიდურესად მაღალ პიკს. ზოგიერთ სქემაში, ლაზერის სამუშაო ელემენტი გამოიყენება როგორც ოპტიკური გამაძლიერებელი სხვა წყაროდან გამოსხივებისთვის.

ლაზერის მუშაობის ფიზიკური საფუძველი არის სტიმულირებული (გამოწვეული) გამოსხივების ფენომენი. ფენომენის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ აღგზნებულ ატომს შეუძლია სხვა ფოტონის გავლენის ქვეშ ასხივოს ფოტონი მისი შთანთქმის გარეშე, თუ ამ უკანასკნელის ენერგია უდრის ატომის დონეების ენერგიების განსხვავებას ატომის დონემდე და მის შემდეგ. ემისია. ამ შემთხვევაში, გამოსხივებული ფოტონი თანმიმდევრულია იმ ფოტოსთან, რომელმაც გამოსხივება გამოიწვია (ეს არის მისი „ზუსტი ასლი“). ასე ხდება შუქის გაძლიერება. ეს ფენომენი განსხვავდება სპონტანური ემისიისგან, რომლის დროსაც გამოსხივებულ ფოტონებს აქვთ გავრცელების, პოლარიზაციის და ფაზის შემთხვევითი მიმართულებები.

ყველა ლაზერი შედგება სამი ძირითადი ნაწილისგან:

აქტიური (სამუშაო) გარემო;

სატუმბი სისტემები (ენერგიის წყარო);

ოპტიკური რეზონატორი (შეიძლება არ იყოს, თუ ლაზერი მუშაობს გამაძლიერებლის რეჟიმში).

თითოეული მათგანი ითვალისწინებს ლაზერის მუშაობას მისი კონკრეტული ფუნქციების შესასრულებლად.

გეომეტრიული ოპტიკა. მთლიანი შინაგანი ასახვის ფენომენი. მთლიანი ასახვის შეზღუდვის კუთხე. სხივების მიმდინარეობა. ბოჭკოვანი ოპტიკა.

გეომეტრიული ოპტიკა არის ოპტიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს გამჭვირვალე მედიაში სინათლის გავრცელების კანონებს და ოპტიკურ სისტემებში სინათლის გავლისას გამოსახულების აგების პრინციპებს მისი ტალღის თვისებების გათვალისწინების გარეშე.

მთლიანი შიდა ასახვა არის შიდა ასახვა იმ პირობით, რომ დაცემის კუთხე აღემატება ზოგიერთ კრიტიკულ კუთხეს. ამ შემთხვევაში, ინციდენტის ტალღა მთლიანად აისახება და ასახვის კოეფიციენტის მნიშვნელობა აღემატება მის უმაღლეს მნიშვნელობებს გაპრიალებული ზედაპირებისთვის. მთლიანი შიდა ასახვის ასახვის კოეფიციენტი არ არის დამოკიდებული ტალღის სიგრძეზე.

მთლიანი შიდა ასახვის შემზღუდველი კუთხე

დაცემის კუთხე, რომლის დროსაც რეფრაქციული სხივი იწყებს სრიალს ორ მედიას შორის ინტერფეისის გასწვრივ ოპტიკურად უფრო მკვრივ გარემოზე გადასვლის გარეშე

სხივის გზასარკეებში, პრიზმებში და ლინზებში

წერტილოვანი წყაროს სინათლის სხივები ყველა მიმართულებით ვრცელდება. ოპტიკურ სისტემებში, უკან დახრილობით და მედიებს შორის ინტერფეისიდან ასახვით, ზოგიერთი სხივი შეიძლება კვლავ გადაიკვეთოს რაღაც მომენტში. წერტილს წერტილის გამოსახულება ეწოდება. როდესაც სხივი იხსნება სარკეებიდან, სრულდება კანონი: „არეკილი სხივი ყოველთვის დევს იმავე სიბრტყეში, როგორც დაცემის სხივი და ნორმალურია მბრუნავი ზედაპირისთვის, რომელიც გადის დაცემის წერტილს და დაცემის კუთხე გამოკლებულია. ეს ნორმა უდრის ბრუნვის კუთხეს."

ოპტიკა - ეს ტერმინი ნიშნავს

ოპტიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ფიზიკურ მოვლენებს, რომლებიც ხდება და ხდება ოპტიკურ ბოჭკოებში, ან

ზუსტი საინჟინრო ინდუსტრიის პროდუქტები, რომლებიც მოიცავს კომპონენტებს ოპტიკურ ბოჭკოებზე.

ოპტიკურ-ბოჭკოვანი მოწყობილობები მოიცავს ლაზერებს, გამაძლიერებლებს, მულტიპლექსერებს, დემულტიპლექსერებს და სხვა რიგს. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომპონენტები მოიცავს იზოლატორებს, სარკეებს, კონექტორებს, გამყოფებს და ა.შ. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი მოწყობილობის საფუძველს წარმოადგენს მისი ოპტიკური წრე - ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომპონენტების ნაკრები, რომლებიც დაკავშირებულია გარკვეული თანმიმდევრობით. ოპტიკური სქემები შეიძლება იყოს დახურული ან ღია, უკუკავშირით ან მის გარეშე.

ჯერ ცოტა ვიფანტაზიოროთ. წარმოიდგინეთ ზაფხულის ცხელი დღე ჩვენს წელთაღრიცხვამდე, პირველყოფილი ადამიანი ნადირობს თევზზე შუბით. ის ამჩნევს მის პოზიციას, უმიზნებს და რატომღაც ურტყამს იქ, სადაც თევზი ჩანდა. გაუშვა? არა, მეთევზეს ნადირი ხელში უჭირავს! საქმე ისაა, რომ ჩვენს წინაპარს ინტუიციურად ესმოდა თემა, რომელსაც ახლა შევისწავლით. ყოველდღიურ ცხოვრებაში ვხედავთ, რომ ჭიქა წყალში ჩაყრილი კოვზი დახრილი ჩანს, როცა შუშის ქილას ვუყურებთ, საგნები მრუდე გვეჩვენება. ყველა ამ კითხვას განვიხილავთ გაკვეთილზე, რომლის თემაა: „სინათლის რეფრაქცია. სინათლის გარდატეხის კანონი. სულ შიდა ასახვა.

წინა გაკვეთილებზე ვისაუბრეთ სხივის ბედზე ორ შემთხვევაში: რა მოხდება, თუ სინათლის სხივი გამჭვირვალე ერთგვაროვან გარემოში გავრცელდება? სწორი პასუხია ის, რომ ის გავრცელდება სწორი ხაზით. და რა მოხდება, როდესაც სინათლის სხივი დაეცემა ორ მედიას შორის ინტერფეისს? ბოლო გაკვეთილზე ვისაუბრეთ არეკლილი სხივის შესახებ, დღეს განვიხილავთ სინათლის სხივის იმ ნაწილს, რომელიც შთანთქავს გარემოს.

როგორი იქნება სხივი, რომელმაც პირველი ოპტიკურად გამჭვირვალე გარემოდან მეორე ოპტიკურად გამჭვირვალე გარემოში შეაღწია?

ბრინჯი. 1. სინათლის რეფრაქცია

თუ სხივი ეცემა ორ გამჭვირვალე მედიას შორის ინტერფეისზე, მაშინ სინათლის ენერგიის ნაწილი უბრუნდება პირველ გარემოს, ქმნის არეკლილი სხივს, ხოლო მეორე ნაწილი გადადის შიგნით მეორე გარემოში და, როგორც წესი, იცვლის მიმართულებას.

სინათლის გავრცელების მიმართულების ცვლილებას ორ მედიას შორის ინტერფეისით მისი გავლის შემთხვევაში ეწოდება სინათლის რეფრაქცია(ნახ. 1).

ბრინჯი. 2. დაცემის, გარდატეხის და ასახვის კუთხეები

ნახაზ 2-ზე ჩვენ ვხედავთ დაცემის სხივს, დაცემის კუთხე აღინიშნა α-ით. სხივს, რომელიც დაადგენს სინათლის გარდატეხილი სხივის მიმართულებას, რეფრაქციული სხივი ეწოდება. კუთხეს შორის ინტერფეისის პერპენდიკულარულ მედიას შორის, რომელიც აღდგენილია დაცემის წერტილიდან და გატეხილი სხივი ეწოდება გარდატეხის კუთხე, ფიგურაში ეს არის კუთხე γ. სურათის დასასრულებლად ასევე ვაძლევთ არეკლილი სხივის გამოსახულებას და, შესაბამისად, β არეკვლის კუთხეს. რა კავშირშია დაცემის კუთხესა და გარდატეხის კუთხეს შორის, შესაძლებელია თუ არა წინასწარმეტყველება დაცემის კუთხის ცოდნა და რომელ გარემოდან რომელში გადავიდა სხივი, როგორი იქნება გარდატეხის კუთხე? თურმე შეგიძლია!

ჩვენ ვიღებთ კანონს, რომელიც რაოდენობრივად აღწერს კავშირი დაცემის კუთხესა და გარდატეხის კუთხეს შორის. გამოვიყენოთ ჰაიგენსის პრინციპი, რომელიც არეგულირებს ტალღის გავრცელებას გარემოში. კანონი ორი ნაწილისგან შედგება.

დაცემის სხივი, გარდატეხილი სხივი და დაცემის წერტილამდე აღდგენილი პერპენდიკულარი ერთ სიბრტყეშია..

დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა ორი მოცემული მედიისთვის და უდრის ამ გარემოში სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას.

ამ კანონს ჰქვია სნელის კანონი, ჰოლანდიელი მეცნიერის სახელით, რომელმაც პირველად ჩამოაყალიბა იგი. გარდატეხის მიზეზი არის სინათლის სიჩქარის განსხვავება სხვადასხვა მედიაში. თქვენ შეგიძლიათ გადაამოწმოთ გარდატეხის კანონის მართებულობა, თუ ექსპერიმენტულად მიმართავთ სინათლის სხივს სხვადასხვა კუთხით ორ მედიას შორის შუალედში და გაზომავთ დაცემის და გარდატეხის კუთხეებს. თუ ჩვენ შევცვლით ამ კუთხეებს, გავზომავთ სინუსებს და ვიპოვით ამ კუთხეების სინუსების შეფარდებას, დავრწმუნდებით, რომ გარდატეხის კანონი მართლაც მოქმედებს.

გარდატეხის კანონის მტკიცებულება ჰიუგენსის პრინციპის გამოყენებით არის კიდევ ერთი დადასტურება სინათლის ტალღური ბუნების შესახებ.

ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი n 21 გვიჩვენებს, რამდენჯერ განსხვავდება სინათლის V 1 სიჩქარე პირველ გარემოში V 2 სინათლის სიჩქარისგან მეორე გარემოში.

ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი არის ნათელი დემონსტრირება იმისა, რომ სინათლის მიმართულების ცვლილების მიზეზი ერთი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას არის სინათლის განსხვავებული სიჩქარე ორ მედიაში. ტერმინი „საშუალების ოპტიკური სიმკვრივე“ ხშირად გამოიყენება გარემოს ოპტიკური თვისებების დასახასიათებლად (ნახ. 3).

ბრინჯი. 3. გარემოს ოპტიკური სიმკვრივე (α > γ)

თუ სხივი გადადის სინათლის უფრო მაღალი სიჩქარის მქონე გარემოდან სინათლის უფრო დაბალი სიჩქარის მქონე გარემოზე, მაშინ, როგორც ჩანს 3 სურათზე და სინათლის გარდატეხის კანონიდან, იგი დაჭერილი იქნება პერპენდიკულარზე, ე.ი. , გარდატეხის კუთხე ნაკლებია დაცემის კუთხეზე. ამ შემთხვევაში, ნათქვამია, რომ სხივი გადავიდა ნაკლებად მკვრივი ოპტიკური გარემოდან უფრო ოპტიკურად მკვრივ გარემოში. მაგალითი: ჰაერიდან წყალამდე; წყლიდან მინამდე.

საპირისპირო ვითარებაც შესაძლებელია: პირველ გარემოში სინათლის სიჩქარე მეორე გარემოში სინათლის სიჩქარეზე ნაკლებია (სურ. 4).

ბრინჯი. 4. გარემოს ოპტიკური სიმკვრივე (α< γ)

მაშინ გარდატეხის კუთხე უფრო დიდი იქნება, ვიდრე დაცემის კუთხე და იტყვიან, რომ ასეთი გადასვლა განხორციელდება ოპტიკურად მკვრივი გარემოდან ნაკლებად ოპტიკურად მკვრივ გარემოზე (მინიდან წყალში).

ორი მედიის ოპტიკური სიმკვრივე შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს, ასე რომ, ფოტოზე ნაჩვენები სიტუაცია (ნახ. 5) შესაძლებელი ხდება:

ბრინჯი. 5. სხვაობა მედიის ოპტიკურ სიმკვრივეს შორის

ყურადღება მიაქციეთ, თუ როგორ არის გადაადგილებული თავი სხეულთან შედარებით, რომელიც სითხეშია, უფრო მაღალი ოპტიკური სიმკვრივის მქონე გარემოში.

თუმცა, ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი ყოველთვის არ არის სამუშაოსთვის მოსახერხებელი მახასიათებელი, რადგან ეს დამოკიდებულია პირველ და მეორე მედიის სინათლის სიჩქარეზე, მაგრამ შეიძლება იყოს ბევრი ასეთი კომბინაცია და ორი მედიის კომბინაცია (წყალი - ჰაერი, მინა. - ბრილიანტი, გლიცერინი - ალკოჰოლი, მინა - წყალი და ასე შემდეგ). ცხრილები ძალიან შრომატევადი იქნებოდა, მუშაობა მოუხერხებელი იქნებოდა და შემდეგ შემოიღეს ერთი აბსოლუტური გარემო, რომელთანაც შედარებულია სინათლის სიჩქარე სხვა გარემოში. ვაკუუმი აირჩიეს აბსოლუტურად და სინათლის სიჩქარე შედარებულია ვაკუუმში სინათლის სიჩქარესთან.

გარემოს აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი n- ეს არის მნიშვნელობა, რომელიც ახასიათებს გარემოს ოპტიკურ სიმკვრივეს და უდრის სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას თანვაკუუმში მოცემულ გარემოში სინათლის სიჩქარემდე.

გარდატეხის აბსოლუტური ინდექსი სამუშაოსთვის უფრო მოსახერხებელია, რადგან ვაკუუმში ყოველთვის ვიცით სინათლის სიჩქარე, ის უდრის 3·10 8 მ/წმ და არის უნივერსალური ფიზიკური მუდმივი.

გარდატეხის აბსოლუტური ინდექსი დამოკიდებულია გარე პარამეტრებზე: ტემპერატურაზე, სიმკვრივეზე და ასევე სინათლის ტალღის სიგრძეზე, ამიტომ ცხრილები ჩვეულებრივ მიუთითებენ ტალღის სიგრძის დიაპაზონის საშუალო რეფრაქციულ ინდექსზე. თუ შევადარებთ ჰაერის, წყლისა და მინის გარდატეხის მაჩვენებლებს (სურ. 6), ვნახავთ, რომ ჰაერის გარდატეხის მაჩვენებელი ერთიანობასთან ახლოსაა, ამიტომ ამოცანების ამოხსნისას მას ერთეულად ავიღებთ.

ბრინჯი. 6. აბსოლუტური რეფრაქციული მაჩვენებლების ცხრილი სხვადასხვა მედიისთვის

მედიის აბსოლუტურ და ფარდობით რეფრაქციულ ინდექსს შორის კავშირის დადგენა ადვილია.

ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი, ანუ სხივისთვის, რომელიც გადის საშუალო ერთიდან საშუალო ორზე, უდრის მეორე გარემოში აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსის თანაფარდობას პირველ გარემოში აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსის მიმართ.

მაგალითად: = ≈ 1.16

თუ ორი მედიის აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსები თითქმის ერთნაირია, ეს ნიშნავს, რომ ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას იქნება ერთის ტოლი, ანუ სინათლის სხივი რეალურად არ გარდაიქმნება. მაგალითად, ანისის ზეთიდან ძვირფას ქვაზე გადასვლისას, ბერილი პრაქტიკულად არ გადაუხვევს სინათლეს, ანუ იქცევა ისე, როგორც იქცევა ანისის ზეთში გავლისას, რადგან მათი რეფრაქციული ინდექსი არის, შესაბამისად, 1,56 და 1,57, ამიტომ ძვირფასი ქვა შეიძლება იყოს როგორ დავიმალოთ სითხეში, ის უბრალოდ არ ჩანს.

თუ წყალს ჩაასხამთ გამჭვირვალე ჭიქაში და შუშის კედლით შეხედავთ შუქს, მაშინ დავინახავთ ზედაპირის ვერცხლისფერ ბზინვარებას მთლიანი შიდა ასახვის ფენომენის გამო, რომელზეც ახლა განვიხილავთ. როდესაც სინათლის სხივი გადადის უფრო მკვრივი ოპტიკური საშუალებიდან ნაკლებად მკვრივ ოპტიკურ გარემოზე, შეიძლება შეინიშნოს საინტერესო ეფექტი. დაზუსტებისთვის, ჩვენ ვივარაუდებთ, რომ სინათლე გადადის წყლიდან ჰაერში. დავუშვათ, რომ წყალსაცავის სიღრმეში არის S სინათლის წერტილის წყარო, რომელიც ასხივებს სხივებს ყველა მიმართულებით. მაგალითად, მყვინთავი ანათებს ფანარს.

სხივი SO 1 ეცემა წყლის ზედაპირზე ყველაზე პატარა კუთხით, ეს სხივი ნაწილობრივ ირღვევა - სხივი O 1 A 1 და ნაწილობრივ აირეკლება უკან წყალში - სხივი O 1 B 1. ამგვარად, დაცემის სხივის ენერგიის ნაწილი გადაეცემა გარდატეხილ სხივს, ხოლო ენერგიის დარჩენილი ნაწილი გადადის ასახულ სხივზე.

ბრინჯი. 7. სულ შიდა ასახვა

SO 2 სხივი, რომლის დაცემის კუთხე უფრო დიდია, ასევე იყოფა ორ სხივად: რეფრაქციული და არეკლილი, მაგრამ თავდაპირველი სხივის ენერგია მათ შორის ნაწილდება სხვაგვარად: გარდატეხილი სხივი O 2 A 2 უფრო ბუნდოვანი იქნება ვიდრე სხივი. სხივი O 1 A 1, ანუ ის მიიღებს ენერგიის უფრო მცირე ნაწილს და ასახული სხივი O 2 V 2, შესაბამისად, უფრო კაშკაშა იქნება ვიდრე სხივი O 1 V 1, ანუ მიიღებს უფრო დიდ წილს. ენერგია. დაცემის კუთხის მატებასთან ერთად, იგივე კანონზომიერება შეინიშნება - დაცემის სხივის ენერგიის მზარდი წილი მიდის არეკლილი სხივისკენ და სულ უფრო მცირე წილი გარდატეხილ სხივზე. რეფრაქციული სხივი უფრო დაბნელდება და რაღაც მომენტში მთლიანად ქრება, ეს გაქრობა ხდება მაშინ, როდესაც მიიღწევა დაცემის კუთხე, რომელიც შეესაბამება 90 0 გარდატეხის კუთხეს. ამ სიტუაციაში, გარდატეხილი სხივი OA უნდა წავიდეს წყლის ზედაპირის პარალელურად, მაგრამ გასასვლელი არაფერია - SO სხივის SO-ს მთელი ენერგია მთლიანად წავიდა არეკლილი სხივის OB-ზე. ბუნებრივია, დაცემის კუთხის შემდგომი გაზრდით, გარდატეხილი სხივი არ იქნება. აღწერილი ფენომენი არის მთლიანი შიდა არეკვლა, ანუ უფრო მკვრივი ოპტიკური საშუალება განხილული კუთხით არ ასხივებს სხივებს თავისგან, ისინი ყველა აისახება მის შიგნით. კუთხე, რომელზეც ეს ფენომენი ხდება, ეწოდება მთლიანი შიდა ასახვის შემზღუდველი კუთხე.

შემზღუდველი კუთხის მნიშვნელობა ადვილად იპოვება გარდატეხის კანონიდან:

= => = რკალი, წყლისთვის ≈ 49 0

მთლიანი შიდა ასახვის ფენომენის ყველაზე საინტერესო და პოპულარული გამოყენებაა ეგრეთ წოდებული ტალღის გამტარები, ანუ ბოჭკოვანი ოპტიკა. სწორედ ეს არის სიგნალიზაციის გზა, რომელსაც იყენებენ თანამედროვე სატელეკომუნიკაციო კომპანიები ინტერნეტში.

ჩვენ მივიღეთ სინათლის გარდატეხის კანონი, შემოვიღეთ ახალი კონცეფცია - ფარდობითი და აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსები და ასევე გავარკვიეთ მთლიანი შიდა ასახვის ფენომენი და მისი გამოყენება, როგორიცაა ბოჭკოვანი ოპტიკა. ცოდნის კონსოლიდაცია შეგიძლიათ გაკვეთილის განყოფილებაში შესაბამისი ტესტებისა და სიმულატორების შემოწმებით.

მოდით მივიღოთ სინათლის გარდატეხის კანონის მტკიცებულება ჰაიგენსის პრინციპის გამოყენებით. მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ გარდატეხის მიზეზი არის სინათლის სიჩქარის განსხვავება ორ სხვადასხვა მედიაში. პირველ გარემოში ავღნიშნოთ სინათლის სიჩქარე V 1 , ხოლო მეორე გარემოში - V 2 (სურ. 8).

ბრინჯი. 8. სინათლის გარდატეხის კანონის დადასტურება

დაე, თვითმფრინავის სინათლის ტალღა დაეცეს ორ მედიას შორის ბრტყელ ინტერფეისს, მაგალითად, ჰაერიდან წყალში. ტალღის ზედაპირი AC პერპენდიკულარულია სხივებზე და MN მედიას შორის ინტერფეისი ჯერ აღწევს სხივს, ხოლო სხივი აღწევს იმავე ზედაპირს დროის Δt ინტერვალის შემდეგ, რომელიც უდრის SW გზას გაყოფილი სინათლის სიჩქარეზე. პირველ საშუალებებში.

მაშასადამე, იმ მომენტში, როდესაც მეორადი ტალღა B წერტილში მხოლოდ აგზნებას იწყებს, A წერტილიდან ტალღას უკვე აქვს ნახევარსფეროს ფორმა AD რადიუსით, რომელიც უდრის ∆t-ით მეორე გარემოში სინათლის სიჩქარეს: AD = ∆t, ანუ ჰაიგენსის პრინციპი ვიზუალურ მოქმედებაში. გარდატეხილი ტალღის ტალღის ზედაპირის მიღება შესაძლებელია მეორე გარემოში ყველა მეორადი ტალღის ზედაპირის ტანგენტის დახატვით, რომლის ცენტრები დევს მედიას შორის ინტერფეისზე, ამ შემთხვევაში ეს არის სიბრტყე BD, ეს არის კონვერტი. მეორადი ტალღები. სხივის α დაცემის კუთხე ტოლია ABC სამკუთხედში CAB კუთხით, ამ კუთხის ერთ-ერთი გვერდი მეორის გვერდებზე პერპენდიკულარულია. მაშასადამე, SW ტოლი იქნება პირველ გარემოში სინათლის სიჩქარეს ∆t-ით

CB = ∆t = AB sin α

თავის მხრივ, გარდატეხის კუთხე იქნება ABD კუთხის ტოლი ABD სამკუთხედში, ამიტომ:

AD = ∆t = AB sin γ

გამონათქვამების ტერმინებით დაყოფით მივიღებთ:

n არის მუდმივი მნიშვნელობა, რომელიც არ არის დამოკიდებული დაცემის კუთხეზე.

ჩვენ მივიღეთ სინათლის გარდატეხის კანონი, გარდატეხის კუთხის სინუსი გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა მოცემული ორი მედიისთვის და უდრის სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას ორ მოცემულ გარემოში.

კუბური ჭურჭელი გაუმჭვირვალე კედლებით განლაგებულია ისე, რომ დამკვირვებლის თვალი ვერ ხედავს მის ფსკერს, მაგრამ მთლიანად ხედავს ჭურჭლის CD კედელს. რამდენი წყალი უნდა ჩავასხათ ჭურჭელში, რათა დამკვირვებელმა დაინახოს F ობიექტი, რომელიც მდებარეობს b = 10 სმ მანძილზე D კუთხიდან? ჭურჭლის კიდე α = 40 სმ (ნახ. 9).

რა არის ძალიან მნიშვნელოვანი ამ პრობლემის გადაჭრაში? გამოიცანით, რადგან თვალი არ ხედავს ჭურჭლის ძირს, მაგრამ ხედავს გვერდითი კედლის უკიდურეს წერტილს და ჭურჭელი არის კუბი, მაშინ სხივის დაცემის კუთხე წყლის ზედაპირზე, როცა მას ვასხამთ, იქნება. იყოს 450-ის ტოლი.

ბრინჯი. 9. საგამოცდო დავალება

სხივი ეცემა F წერტილზე, რაც ნიშნავს, რომ ჩვენ ნათლად ვხედავთ ობიექტს, ხოლო შავი წერტილოვანი ხაზი აჩვენებს სხივის კურსს, თუ წყალი არ იყო, ანუ D ​​წერტილამდე. სამკუთხედიდან NFC, კუთხის ტანგენსი. β, გარდატეხის კუთხის ტანგენსი, არის მოპირდაპირე ფეხის შეფარდება მეზობელთან ან, ფიგურიდან გამომდინარე, h გამოკლებული b გაყოფილი h-ზე.

tg β = = , h არის სითხის სიმაღლე, რომელიც დავასხათ;

მთლიანი შიდა ასახვის ყველაზე ინტენსიური ფენომენი გამოიყენება ოპტიკურ ბოჭკოვან სისტემებში.

ბრინჯი. 10. ოპტიკა

თუ სინათლის სხივი მიმართულია მყარი შუშის მილის ბოლოსკენ, მაშინ მრავალჯერადი მთლიანი შიდა არეკვლის შემდეგ სხივი გამოვა მილის მოპირდაპირე მხრიდან. გამოდის, რომ მინის მილი არის სინათლის ტალღის ან ტალღის გამტარი. ეს მოხდება მილი სწორი იქნება თუ მრუდი (სურათი 10). პირველი სინათლის გიდები, ეს არის ტალღის სახელმძღვანელოების მეორე სახელი, გამოიყენებოდა ძნელად მისადგომი ადგილების გასანათებლად (სამედიცინო კვლევის დროს, როდესაც შუქი მიეწოდება სინათლის სახელმძღვანელოს ერთ ბოლოს, ხოლო მეორე ბოლო ანათებს სწორ ადგილს). . ძირითადი გამოყენება არის მედიცინა, ძრავების დეფექტოსკოპია, თუმცა ასეთი ტალღების გამტარები ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ინფორმაციის გადაცემის სისტემებში. სინათლის ტალღის გადამზიდავი სიხშირე მილიონჯერ აღემატება რადიოსიგნალის სიხშირეს, რაც იმას ნიშნავს, რომ ინფორმაციის რაოდენობა, რომელიც ჩვენ შეგვიძლია გადავიტანოთ სინათლის ტალღის გამოყენებით, მილიონჯერ მეტია, ვიდრე რადიოტალღებით გადაცემული ინფორმაციის რაოდენობა. ეს შესანიშნავი შესაძლებლობაა უზარმაზარი ინფორმაციის მარტივი და იაფად გადმოცემისთვის. როგორც წესი, ინფორმაცია გადაეცემა ბოჭკოვანი კაბელის საშუალებით ლაზერული გამოსხივების გამოყენებით. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემა შეუცვლელია კომპიუტერული სიგნალის სწრაფი და ხარისხიანი გადაცემისთვის, რომელიც შეიცავს დიდი რაოდენობით გადაცემულ ინფორმაციას. და ამ ყველაფრის გულში დევს ისეთი მარტივი და ჩვეულებრივი მოვლენა, როგორიცაა სინათლის გარდატეხა.

ბიბლიოგრაფია

1. ტიხომიროვა S.A., Yavorsky B.M. ფიზიკა (საბაზო დონე) - მ.: მნემოზინა, 2012 წ.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. ფიზიკა მე-10 კლასი. - M.: Mnemosyne, 2014 წ.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. ფიზიკა - 9, მოსკოვი, განათლება, 1990 წ.

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

Საშინაო დავალება

1. განსაზღვრეთ სინათლის რეფრაქცია.
2. დაასახელეთ სინათლის გარდატეხის მიზეზი.
3. დაასახელეთ მთლიანი შიდა ასახვის ყველაზე პოპულარული აპლიკაციები.

სინათლის დაცემის გარკვეული კუთხით $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$, რომელსაც ე.წ. შემზღუდავი კუთხე, გარდატეხის კუთხე უდრის $\frac(\pi )(2),\ $ამ შემთხვევაში, რეფრაქციული სხივი სრიალებს მედიას შორის ინტერფეისის გასწვრივ, შესაბამისად, არ არის გატეხილი სხივი. შემდეგ, გარდატეხის კანონიდან შეგვიძლია დავწეროთ, რომ:

სურათი 1.

მთლიანი ასახვის შემთხვევაში, განტოლება არის:

არ აქვს გამოსავალი გარდატეხის კუთხის რეალური მნიშვნელობების რეგიონში ($(\alpha)_(pr)$). ამ შემთხვევაში, $cos((\alpha )_(pr))$ არის მხოლოდ წარმოსახვითი. თუ მივმართავთ Fresnel-ის ფორმულებს, მაშინ მოსახერხებელია მათი წარმოდგენა ფორმაში:

სადაც დაცემის კუთხე აღინიშნება $\alpha $-ით (მოკლედ), $n$ არის იმ გარემოს გარდატეხის მაჩვენებელი, სადაც სინათლე ვრცელდება.

Fresnel ფორმულები აჩვენებს, რომ მოდულები $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot)\right|$, $\left|E_(otr//)\right|=\ მარცხნივ |E_(otr//)\right|$ რაც ნიშნავს, რომ ასახვა არის „სრული“.

შენიშვნა 1

უნდა აღინიშნოს, რომ არაჰომოგენური ტალღა არ ქრება მეორე გარემოში. ამრიგად, თუ $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ მაშინ\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ შემთხვევა არ არის. ვინაიდან Fresnel ფორმულები მოქმედებს მონოქრომატულ ველზე, ანუ სტაბილურ პროცესზე. ამ შემთხვევაში ენერგიის შენარჩუნების კანონი მოითხოვს, რომ ენერგიის საშუალო ცვლილება მეორე გარემოში პერიოდის განმავლობაში ნულის ტოლი იყოს. ტალღა და ენერგიის შესაბამისი ფრაქცია ინტერფეისის გავლით შეაღწევს მეორე გარემოში ტალღის სიგრძის რიგის არაღრმა სიღრმეზე და მოძრაობს მასში ინტერფეისის პარალელურად ფაზის სიჩქარით, რომელიც ნაკლებია ტალღის ფაზის სიჩქარეზე. მეორე საშუალო. ის უბრუნდება პირველ გარემოს იმ წერტილში, რომელიც ოფსეტურია შესვლის წერტილიდან.

ტალღის შეღწევა მეორე გარემოში შეიძლება დაფიქსირდეს ექსპერიმენტში. სინათლის ტალღის ინტენსივობა მეორე გარემოში შესამჩნევია მხოლოდ ტალღის სიგრძეზე მცირე მანძილზე. ინტერფეისის მახლობლად, რომელზეც სინათლის ტალღა ეცემა, რომელიც განიცდის მთლიან არეკვლას, მეორე საშუალების მხარეს, თხელი ფენის ბრწყინვალება ჩანს, თუ მეორე გარემოში არის ფლუორესცენტური ნივთიერება.

მთლიანი ასახვა იწვევს მირაჟების წარმოქმნას, როდესაც დედამიწის ზედაპირი მაღალ ტემპერატურაზეა. ამრიგად, ღრუბლებიდან მომდინარე სინათლის მთლიანი ასახვა იწვევს შთაბეჭდილებას, რომ გახურებული ასფალტის ზედაპირზე არის გუბეები.

ნორმალური ასახვის პირობებში, ურთიერთობები $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ და $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ ყოველთვის რეალურია. . მთლიანი ასახვის პირობებში ისინი რთულია. ეს ნიშნავს, რომ ამ შემთხვევაში ტალღის ფაზა განიცდის ნახტომს, ხოლო ის განსხვავდება ნულიდან ან $\pi $-დან. თუ ტალღა პოლარიზებულია დაცემის სიბრტყის პერპენდიკულურად, მაშინ შეგვიძლია დავწეროთ:

სადაც $(\delta )_(\bot )$ არის სასურველი ფაზის ნახტომი. რეალური და წარმოსახვითი ნაწილების გათანაბრებით, გვაქვს:

გამონათქვამებიდან (5) ვიღებთ:

შესაბამისად, ტალღისთვის, რომელიც პოლარიზებულია დაცემის სიბრტყეში, შეიძლება მივიღოთ:

$(\delta )_(//)$ და $(\delta )_(\bot )$ ფაზური გადახტომები არ არის იგივე. არეკლილი ტალღა იქნება ელიფსურად პოლარიზებული.

ტოტალური ასახვის გამოყენება

დავუშვათ, რომ ორი იდენტური მედია გამოყოფილია ჰაერის თხელი უფსკრულით. მასზე სინათლის ტალღა ეცემა ზღვარზე მეტი კუთხით. შეიძლება მოხდეს, რომ ის შეაღწიოს ჰაერის უფსკრულის სახით არაჰომოგენური ტალღის სახით. თუ უფსკრული სისქე მცირეა, მაშინ ეს ტალღა მიაღწევს ნივთიერების მეორე საზღვარს და არ იქნება ძალიან შესუსტებული. ჰაერის უფსკრულიდან ნივთიერებაში გადასვლის შემდეგ, ტალღა კვლავ გადაიქცევა ერთგვაროვანში. ასეთი ექსპერიმენტი ნიუტონმა ჩაატარა. მეცნიერმა მართკუთხა პრიზმის ჰიპოტენუზაზე სფერულად გაპრიალებული სხვა პრიზმა დააჭირა. ამ შემთხვევაში, სინათლე გადავიდა მეორე პრიზმაში არა მხოლოდ იქ, სადაც ისინი ეხებიან, არამედ კონტაქტის ირგვლივ პატარა რგოლში, იმ ადგილას, სადაც უფსკრული სისქე შედარებულია გრძელ ტალღის სიგრძესთან. თუ დაკვირვებები ხდებოდა თეთრ შუქზე, მაშინ ბეჭდის კიდეს მოწითალო ფერი ჰქონდა. ეს ასე უნდა იყოს, რადგან შეღწევის სიღრმე ტალღის სიგრძის პროპორციულია (წითელი სხივებისთვის ის უფრო მეტია, ვიდრე ლურჯისთვის). უფსკრულის სისქის შეცვლით შესაძლებელია გადაცემული სინათლის ინტენსივობის შეცვლა. ეს ფენომენი საფუძვლად დაედო მსუბუქ ტელეფონს, რომელიც დაპატენტებულია Zeiss-ის მიერ. ამ მოწყობილობაში გამჭვირვალე მემბრანა მოქმედებს როგორც ერთ-ერთი მედია, რომელიც ირხევა მასზე ხმის ინციდენტის მოქმედებით. სინათლე, რომელიც გადის ჰაერის უფსკრულის მეშვეობით, დროთა განმავლობაში იცვლის ინტენსივობას ხმის სიძლიერის ცვლილებით. ფოტოცელზე მოხვედრისას ის წარმოქმნის ალტერნატიულ დენს, რომელიც იცვლება ხმის სიძლიერის ცვლილების შესაბამისად. შედეგად მიღებული დენი ძლიერდება და შემდგომში გამოიყენება.

თხელი უფსკრულით ტალღის შეღწევის ფენომენი არ არის სპეციფიკური ოპტიკისთვის. ეს შესაძლებელია ნებისმიერი ბუნების ტალღისთვის, თუ ფაზის სიჩქარე უფსკრულიში უფრო მაღალია ვიდრე ფაზის სიჩქარე გარემოში. ამ ფენომენს დიდი მნიშვნელობა აქვს ბირთვულ და ატომურ ფიზიკაში.

მთლიანი შიდა ასახვის ფენომენი გამოიყენება სინათლის გავრცელების მიმართულების შესაცვლელად. ამ მიზნით გამოიყენება პრიზმები.

მაგალითი 1

ვარჯიში:მოიყვანეთ ტოტალური ასახვის ფენომენის მაგალითი, რომელიც ხშირად გვხვდება.

გადაწყვეტილება:

შეიძლება ასეთი მაგალითის მოყვანა. თუ გზატკეცილი ძალიან ცხელია, მაშინ ჰაერის ტემპერატურა მაქსიმალურია ასფალტის ზედაპირთან და მცირდება გზიდან მანძილის მატებასთან ერთად. ეს ნიშნავს, რომ ჰაერის რეფრაქციული ინდექსი მინიმალურია ზედაპირზე და იზრდება მანძილის მატებასთან ერთად. ამის შედეგად, მაგისტრალის ზედაპირის მიმართ მცირე კუთხის მქონე სხივები განიცდის მთლიან არეკვლას. თუ ყურადღებას გაამახვილებთ მანქანაში მოძრაობისას, მაგისტრალის ზედაპირის შესაფერის მონაკვეთზე, დაინახავთ, რომ მანქანა თავდაყირა მიდის საკმაოდ შორს წინ.

მაგალითი 2

ვარჯიში:რა არის ბრუსტერის კუთხე სინათლის სხივისთვის, რომელიც ცვივა ბროლის ზედაპირზე, თუ ამ სხივის მთლიანი არეკვლის შემზღუდველი კუთხე ჰაერ-კრისტალის ინტერფეისზე არის 400?

გადაწყვეტილება:

\[(tg(\alpha)_b)=\frac(n)(n_v)=n\მარცხნივ(2.2\მარჯვნივ).\]

გამოთქმიდან (2.1) გვაქვს:

ჩვენ ვცვლით გამოხატვის მარჯვენა მხარეს (2.3) ფორმულაში (2.2), გამოვხატავთ სასურველ კუთხეს:

\[(\alpha)_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left((\alpha)_(pred)\right)\ ))\right).\]

მოდით გავაკეთოთ გამოთვლები:

\[(\alpha)_b=arctg\left(\frac(1)((sin \left(40()^\circ \right)\ ))\right)\დაახლოებით 57()^\circ .\]

პასუხი:$(\alpha)_b=57()^\circ .$