Totálny vnútorný odraz

Vnútorný odraz- jav odrazu elektromagnetických vĺn od rozhrania medzi dvoma priehľadnými médiami za predpokladu, že vlna dopadá z prostredia s vyšším indexom lomu.

Neúplná vnútorná reflexia- vnútorný odraz za predpokladu, že uhol dopadu je menší ako kritický uhol. V tomto prípade sa lúč rozdelí na lomený a odrazený.

Totálny vnútorný odraz- vnútorný odraz za predpokladu, že uhol dopadu presahuje určitý kritický uhol. V tomto prípade sa dopadajúca vlna úplne odráža a hodnota koeficientu odrazu presahuje svoje najvyššie hodnoty pre leštené povrchy. Okrem toho koeficient odrazu pre celkový vnútorný odraz nezávisí od vlnovej dĺžky.

Tento optický jav je pozorovaný pre široké spektrum elektromagnetického žiarenia vrátane röntgenového rozsahu.

V rámci geometrickej optiky je vysvetlenie javu triviálne: na základe Snellovho zákona a berúc do úvahy, že uhol lomu nemôže presiahnuť 90°, dostaneme, že pri uhle dopadu, ktorého sínus je väčší ako pomer menší index lomu k väčšiemu koeficientu, elektromagnetická vlna by sa mala úplne odrážať do prvého prostredia.

V súlade s vlnovou teóriou javu elektromagnetické vlnenie predsa len preniká do druhého prostredia – šíri sa tam takzvaná „nerovnomerná vlna“, ktorá sa exponenciálne rozpadá a neunáša so sebou energiu. Charakteristická hĺbka prieniku nehomogénnej vlny do druhého prostredia je rádovo vlnovej dĺžky.

Celkový vnútorný odraz svetla

Zvážte vnútorný odraz pomocou príkladu dvoch monochromatických lúčov dopadajúcich na rozhranie medzi dvoma médiami. Lúče dopadajú zo zóny hustejšieho prostredia (označené tmavšou modrou) s indexom lomu na hranicu s menej hustým prostredím (označené svetlomodrou farbou) s indexom lomu.

Červený lúč dopadá pod uhlom , teda na hranici média sa rozdvojuje - čiastočne sa láme a čiastočne odráža. Časť lúča sa láme pod uhlom.

Zelený lúč dopadá a je úplne odrazený src="/pictures/wiki/files/100/d833a2d69df321055f1e0bf120a53eff.png" border="0">.

Úplný vnútorný odraz v prírode a technike

Odraz röntgenových lúčov

Refrakciu röntgenových lúčov pri dopade na pastvu prvýkrát sformuloval M. A. Kumakhov, ktorý vyvinul röntgenové zrkadlo, a teoreticky to zdôvodnil Arthur Compton v roku 1923.

Iné vlnové javy

Preukázanie lomu, a tým aj vplyvu totálneho vnútorného odrazu, je možné napríklad pre zvukové vlny na povrchu a v objeme kvapaliny pri prechode medzi zónami rôznej viskozity alebo hustoty.

Pre lúče pomalých neutrónov sú pozorované javy podobné účinku totálneho vnútorného odrazu elektromagnetického žiarenia.

Ak vertikálne polarizovaná vlna dopadne na rozhranie pod Brewsterovým uhlom, potom bude pozorovaný efekt úplného lomu - nebude tam žiadna odrazená vlna.

Poznámky

Nadácia Wikimedia. 2010.

• Plný dych
• Kompletná zmena

Pozrite si, čo je „Total internal reflection“ v iných slovníkoch:

TOTÁLNA VNÚTORNÁ REFLEXIA- odrazový e-mail. magn. žiarenie (najmä svetlo), keď dopadá na rozhranie medzi dvoma transparentnými médiami z média s vysokým indexom lomu. P. v. o. sa vykonáva, keď uhol dopadu i prekročí určitý hraničný (kritický) uhol ... Fyzická encyklopédia

Totálny vnútorný odraz- Úplný vnútorný odraz. Pri prechode svetla z prostredia s n1 > n2 nastáva úplný vnútorný odraz, ak je uhol dopadu a2 > apr; pod uhlom dopadu a1 Ilustrovaný encyklopedický slovník

Totálny vnútorný odraz- odraz optického žiarenia (Pozri Optické žiarenie) (svetlo) alebo elektromagnetického žiarenia iného rozsahu (napríklad rádiové vlny), keď dopadá na rozhranie medzi dvoma priehľadnými médiami od média s vysokým indexom lomu ... .. . Veľká sovietska encyklopédia

TOTÁLNA VNÚTORNÁ REFLEXIA- elektromagnetické vlny, vznikajú pri prechode z prostredia s vysokým indexom lomu n1 do prostredia s nižším indexom lomu n2 pod uhlom dopadu a presahujúcim medzný uhol apr, určený pomerom sinapr=n2/n1. Kompletné…… Moderná encyklopédia

TOTÁLNA VNÚTORNÁ REFLEXIA- TOTÁLNY VNÚTORNÝ ODRAZ, ODRAZ bez lomu svetla na hranici. Keď svetlo prechádza z hustejšieho média (ako je sklo) do menej hustého (voda alebo vzduch), existuje zóna uhlov lomu, v ktorej svetlo neprechádza cez hranicu ... Vedecko-technický encyklopedický slovník

totálny vnútorný odraz- Odraz svetla z opticky menej hustého média s úplným návratom do média, z ktorého dopadá. [Kolekcia odporúčaných výrazov. Vydanie 79. Fyzikálna optika. Akadémia vied ZSSR. Výbor pre vedeckú a technickú terminológiu. 1970] Témy… … Technická príručka prekladateľa

TOTÁLNA VNÚTORNÁ REFLEXIA- elektromagnetické vlny vznikajú, keď dopadajú šikmo na rozhranie medzi 2 médiami, keď žiarenie prechádza z média s vysokým indexom lomu n1 do média s nižším indexom lomu n2 a uhol dopadu i presahuje medzný uhol ... ... Veľký encyklopedický slovník

totálny vnútorný odraz- elektromagnetické vlny, vznikajú pri šikmom dopade na rozhranie medzi 2 médiami, keď žiarenie prechádza z média s vysokým indexom lomu n1 do média s nižším indexom lomu n2 a uhol dopadu i presahuje hraničný uhol ipr. . encyklopedický slovník

Geometrická a vlnová optika. Podmienky pre uplatnenie týchto prístupov (z pomeru vlnovej dĺžky a veľkosti objektu). Koherencia vĺn. Pojem priestorovej a časovej koherencie. nútená emisia. Vlastnosti laserového žiarenia. Štruktúra a princíp činnosti lasera.

Vzhľadom na to, že svetlo je vlnový jav, dochádza k interferencii, v dôsledku čoho obmedzené lúč svetla sa nešíri jedným smerom, ale má konečné uhlové rozloženie, t.j. dochádza k difrakcii. Avšak v tých prípadoch, kde sú charakteristické priečne rozmery svetelných lúčov dostatočne veľké v porovnaní s vlnovou dĺžkou, možno zanedbať divergenciu svetelného lúča a predpokladať, že sa šíri v jednom smere: pozdĺž svetelného lúča.

Vlnová optika je odvetvie optiky, ktoré popisuje šírenie svetla s prihliadnutím na jeho vlnovú povahu. Fenomény vlnovej optiky - interferencia, difrakcia, polarizácia a pod.

Vlnová interferencia - vzájomné zosilnenie alebo zoslabenie amplitúdy dvoch alebo viacerých koherentných vĺn súčasne sa šíriacich v priestore.

Difrakcia vĺn je jav, ktorý sa pri šírení vĺn prejavuje ako odchýlka od zákonov geometrickej optiky.

Polarizácia - procesy a stavy spojené s oddelením akýchkoľvek objektov, hlavne vo vesmíre.

Vo fyzike je koherencia korelácia (konzistencia) viacerých oscilačných alebo vlnových procesov v čase, ktorá sa prejaví pri ich sčítaní. Kmity sú koherentné, ak je rozdiel medzi ich fázami v čase konštantný a keď sa oscilácie sčítajú, získa sa oscilácia rovnakej frekvencie.

Ak sa fázový rozdiel dvoch kmitov mení veľmi pomaly, potom sa hovorí, že oscilácie zostanú nejaký čas koherentné. Tento čas sa nazýva koherentný čas.

Priestorová koherencia - koherencia kmitov, ktoré sa vyskytujú súčasne v rôznych bodoch v rovine kolmej na smer šírenia vlny.

Stimulovaná emisia - generovanie nového fotónu pri prechode kvantového systému (atóm, molekula, jadro atď.) z excitovaného stavu do stabilného stavu (nižšia energetická hladina) vplyvom indukujúceho fotónu, energie tzv. čo sa rovnalo rozdielu energetických hladín. Vytvorený fotón má rovnakú energiu, hybnosť, fázu a polarizáciu ako indukujúci fotón (ktorý nie je absorbovaný).

Laserové žiarenie môže byť kontinuálne, s konštantným výkonom, alebo pulzné, dosahujúce extrémne vysoké špičkové výkony. V niektorých schémach sa pracovný prvok lasera používa ako optický zosilňovač pre žiarenie z iného zdroja.

Fyzikálnym základom pre činnosť lasera je fenomén stimulovaného (indukovaného) žiarenia. Podstatou tohto javu je, že excitovaný atóm je schopný emitovať fotón pod vplyvom iného fotónu bez jeho absorpcie, ak sa energia tohto fotónu rovná rozdielu energií hladín atómu pred a po žiarenia. V tomto prípade je emitovaný fotón koherentný s fotónom, ktorý spôsobil žiarenie (je to jeho „presná kópia“). Takto sa zosilňuje svetlo. Tento jav sa líši od spontánnej emisie, pri ktorej majú emitované fotóny náhodné smery šírenia, polarizácie a fázy.

Všetky lasery sa skladajú z troch hlavných častí:

aktívne (pracovné) prostredie;

čerpacie systémy (zdroj energie);

optický rezonátor (môže chýbať, ak laser pracuje v režime zosilňovača).

Každý z nich zabezpečuje fungovanie lasera na vykonávanie jeho špecifických funkcií.

Geometrická optika. Fenomén totálnej vnútornej reflexie. Limitný uhol úplného odrazu. Priebeh lúčov. vláknová optika.

Geometrická optika je odbor optiky, ktorý študuje zákony šírenia svetla v priehľadných médiách a princípy konštrukcie obrazov pri prechode svetla v optických systémoch bez zohľadnenia jeho vlnových vlastností.

Úplný vnútorný odraz je vnútorný odraz za predpokladu, že uhol dopadu presahuje určitý kritický uhol. V tomto prípade sa dopadajúca vlna úplne odráža a hodnota koeficientu odrazu presahuje svoje najvyššie hodnoty pre leštené povrchy. Koeficient odrazu pre úplný vnútorný odraz nezávisí od vlnovej dĺžky.

Limitný uhol celkového vnútorného odrazu

Uhol dopadu, pri ktorom lomený lúč začne kĺzať pozdĺž rozhrania medzi dvoma médiami bez prechodu na opticky hustejšie médium

Cesta lúčov v zrkadlách, hranoloch a šošovkách

Svetelné lúče z bodového zdroja sa šíria všetkými smermi. V optických systémoch, ktoré sa ohýbajú a odrážajú od rozhrania medzi médiami, sa môžu niektoré lúče v určitom bode opäť pretínať. Bod sa nazýva bodový obraz. Pri odraze lúča od zrkadiel je splnený zákon: „odrazený lúč leží vždy v tej istej rovine ako dopadajúci lúč a kolmica na odrazovú plochu, ktorá prechádza bodom dopadu, a uhol dopadu sa odpočíta od táto normála sa rovná uhlu odrazu."

Vláknová optika – tento pojem znamená

odbor optiky, ktorý študuje fyzikálne javy vyskytujúce sa a vyskytujúce sa v optických vláknach, príp

produkty presného strojárskeho priemyslu, ktoré zahŕňajú komponenty na báze optických vlákien.

Medzi zariadenia s optickými vláknami patria lasery, zosilňovače, multiplexory, demultiplexory a množstvo ďalších. Medzi optické komponenty patria izolátory, zrkadlá, konektory, rozbočovače atď. Základom zariadenia s optickými vláknami je jeho optický obvod - súbor optických komponentov spojených v určitom poradí. Optické obvody môžu byť uzavreté alebo otvorené, so spätnou väzbou alebo bez nej.

Pri určitom uhle dopadu svetla $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$, ktorý je tzv. limitný uhol, uhol lomu sa rovná $\frac(\pi )(2),\ $v tomto prípade sa lomený lúč kĺže po rozhraní medzi médiami, preto nedochádza k lomu lúča. Potom zo zákona lomu môžeme napísať, že:

Obrázok 1.

V prípade úplného odrazu platí rovnica:

nemá riešenie v oblasti skutočných hodnôt uhla lomu ($(\alpha )_(pr)$). V tomto prípade je $cos((\alpha )_(pr))$ čisto imaginárny. Ak sa obrátime na Fresnelove vzorce, je vhodné ich reprezentovať vo forme:

kde je uhol dopadu označený $\alpha $ (pre stručnosť), $n$ je index lomu prostredia, kde sa svetlo šíri.

Fresnelove vzorce ukazujú, že moduly $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot )\right|$, $\left|E_(otr//)\right|=\ vľavo |E_(otr//)\right|$ čo znamená, že odraz je "plný".

Poznámka 1

Treba poznamenať, že nehomogénna vlna v druhom médiu nezmizne. Ak teda $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ žiadny prípad. Keďže Fresnelove vzorce platia pre monochromatické pole, teda pre ustálený proces. V tomto prípade zákon zachovania energie vyžaduje, aby sa priemerná zmena energie za obdobie v druhom médiu rovnala nule. Vlna a zodpovedajúca časť energie prenikajú cez rozhranie do druhého prostredia do malej hĺbky rádu vlnovej dĺžky a pohybujú sa v ňom rovnobežne s rozhraním s fázovou rýchlosťou, ktorá je menšia ako fázová rýchlosť vlny v druhé médium. Vráti sa do prvého prostredia v bode, ktorý je odsadený od vstupného bodu.

V experimente možno pozorovať prienik vlny do druhého prostredia. Intenzita svetelnej vlny v druhom prostredí je badateľná len vo vzdialenostiach menších ako je vlnová dĺžka. V blízkosti rozhrania, na ktoré dopadá svetelná vlna, ktorá zažíva úplný odraz, na strane druhého média je možné vidieť žiaru tenkej vrstvy, ak je v druhom médiu fluorescenčná látka.

Úplný odraz spôsobuje fatamorgány, keď má zemský povrch vysokú teplotu. Úplný odraz svetla z oblakov teda vedie k dojmu, že na povrchu zohriateho asfaltu sú mláky.

Pri normálnej reflexii sú vzťahy $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ a $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ vždy skutočné . Pri úplnej reflexii sú zložité. To znamená, že v tomto prípade fáza vlny utrpí skok, pričom sa líši od nuly alebo $\pi $. Ak je vlna polarizovaná kolmo na rovinu dopadu, potom môžeme písať:

kde $(\delta )_(\bot )$ je požadovaný fázový skok. Porovnaním skutočných a imaginárnych častí máme:

Z výrazov (5) dostaneme:

V súlade s tým je možné pre vlnu, ktorá je polarizovaná v rovine dopadu, získať:

Fázové skoky $(\delta )_(//)$ a $(\delta )_(\bot )$ nie sú rovnaké. Odrazená vlna bude elipticky polarizovaná.

Aplikácia totálneho odrazu

Predpokladajme, že dve rovnaké médiá sú oddelené tenkou vzduchovou medzerou. Svetelná vlna na ňu dopadá pod uhlom, ktorý je väčší ako limit. Môže sa stať, že prenikne do vzduchovej medzery ako nehomogénna vlna. Ak je hrúbka medzery malá, potom táto vlna dosiahne druhú hranicu látky a nebude veľmi oslabená. Po prechode zo vzduchovej medzery do látky sa vlna opäť zmení na homogénnu. Takýto experiment uskutočnil Newton. Vedec pritlačil ďalší hranol, ktorý bol sféricky vyleštený, na preponu tvár obdĺžnikového hranola. V tomto prípade svetlo prechádzalo do druhého hranolu nielen tam, kde sa dotýkajú, ale aj v malom prstenci okolo kontaktu, v mieste, kde je hrúbka medzery porovnateľná s dlhou vlnovou dĺžkou. Ak sa pozorovania uskutočnili v bielom svetle, okraj prstenca mal červenkastú farbu. Tak to má byť, keďže hĺbka prieniku je úmerná vlnovej dĺžke (pre červené lúče je väčšia ako pre modré). Zmenou hrúbky medzery je možné meniť intenzitu prechádzajúceho svetla. Tento jav tvoril základ svetelného telefónu, ktorý si nechal patentovať Zeiss. V tomto zariadení funguje priehľadná membrána ako jedno z médií, ktoré sa hýbe pôsobením zvuku, ktorý na ňu dopadá. Svetlo, ktoré prechádza vzduchovou medzerou, mení intenzitu v čase so zmenami v sile zvuku. Keď sa dostane na fotobunku, generuje striedavý prúd, ktorý sa mení v súlade so zmenami v sile zvuku. Výsledný prúd sa zosilní a použije ďalej.

Fenomény prenikania vĺn cez tenké medzery nie sú špecifické pre optiku. To je možné pre vlnu akejkoľvek povahy, ak je fázová rýchlosť v medzere vyššia ako fázová rýchlosť v prostredí. Tento jav má veľký význam v jadrovej a atómovej fyzike.

Na zmenu smeru šírenia svetla sa využíva jav úplného vnútorného odrazu. Na tento účel sa používajú hranoly.

Príklad 1

Cvičenie: Uveďte príklad fenoménu totálnej reflexie, s ktorým sa často stretávame.

rozhodnutie:

Dá sa uviesť taký príklad. Ak je diaľnica veľmi horúca, potom je teplota vzduchu maximálna v blízkosti asfaltového povrchu a s rastúcou vzdialenosťou od cesty klesá. To znamená, že index lomu vzduchu je pri povrchu minimálny a s rastúcou vzdialenosťou sa zvyšuje. V dôsledku toho lúče, ktoré majú malý uhol vzhľadom na povrch diaľnice, trpia úplným odrazom. Ak zameriate svoju pozornosť počas jazdy v aute na vhodný úsek povrchu diaľnice, môžete vidieť auto idúce prevrátene dosť ďaleko vpredu.

Príklad 2

Cvičenie: Aký je Brewsterov uhol pre lúč svetla, ktorý dopadá na povrch kryštálu, ak je hraničný uhol úplného odrazu tohto lúča na rozhraní vzduch-kryštál 400?

rozhodnutie:

\[(tg(\alpha )_b)=\frac(n)(n_v)=n\left(2.2\right).\]

Z výrazu (2.1) máme:

Do vzorca (2.2) dosadíme pravú stranu výrazu (2.3), vyjadríme požadovaný uhol:

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

Urobme výpočty:

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

odpoveď:$(\alpha )_b=57()^\circ .$

PREDNÁŠKA 23 GEOMETRICKÁ OPTIKA

PREDNÁŠKA 23 GEOMETRICKÁ OPTIKA

1. Zákony odrazu a lomu svetla.

2. Totálny vnútorný odraz. vláknová optika.

3. Šošovky. Optická sila šošovky.

4. Aberácie šošovky.

5. Základné pojmy a vzorce.

6. Úlohy.

Pri riešení mnohých problémov súvisiacich so šírením svetla je možné použiť zákony geometrickej optiky založené na koncepte svetelného lúča ako čiary, po ktorej sa šíri energia svetelnej vlny. V homogénnom prostredí sú svetelné lúče priamočiare. Geometrická optika je limitujúcim prípadom vlnovej optiky, pretože vlnová dĺžka má tendenciu k nule (λ →0).

23.1. Zákony odrazu a lomu svetla. Totálny vnútorný odraz, svetlovody

Zákony odrazu

odraz svetla- jav, ktorý vzniká na rozhraní dvoch prostredí, v dôsledku čoho svetelný lúč mení smer svojho šírenia, pričom zostáva v prvom prostredí. Povaha odrazu závisí od pomeru medzi rozmermi (h) nepravidelností odrazového povrchu a vlnovou dĺžkou (λ) dopadajúce žiarenie.

difúzny odraz

Keď sú nepravidelnosti umiestnené náhodne a ich veľkosti sú rádovo podľa vlnovej dĺžky alebo ju presahujú, existuje difúzny odraz- rozptyl svetla v rôznych smeroch. Vďaka difúznemu odrazu sa nesvietivé telesá stávajú viditeľnými, keď sa svetlo odráža od ich povrchov.

Zrkadlový odraz

Ak sú rozmery nepravidelností malé v porovnaní s vlnovou dĺžkou (h<< λ), то возникает направленное, или zrkadlo, odraz svetla (obr. 23.1). V tomto prípade sú splnené nasledujúce zákony.

Dopadajúci lúč, odrazený lúč a normála na rozhranie medzi dvoma médiami, ťahané cez bod dopadu lúča, ležia v rovnakej rovine.

Uhol odrazu sa rovná uhlu dopadu:β = a.

Ryža. 23.1. Priebeh lúčov v zrkadlovom odraze

Zákony lomu

Keď svetelný lúč dopadá na rozhranie medzi dvoma priehľadnými médiami, rozdelí sa na dva lúče: odrazený a lomené(obr. 23.2). Lomený lúč sa šíri v druhom prostredí a mení svoj smer. Optická charakteristika média je absolútne

Ryža. 23.2. Priebeh lúčov pri lomu

index lomu,čo sa rovná pomeru rýchlosti svetla vo vákuu k rýchlosti svetla v tomto prostredí:

Smer lomu lúča závisí od pomeru indexov lomu dvoch médií. Nasledujúce zákony lomu sú splnené.

Dopadajúci lúč, lomený lúč a normála na rozhranie medzi dvoma médiami, ťahané cez bod dopadu lúča, ležia v rovnakej rovine.

Pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je konštantná hodnota rovnajúca sa pomeru absolútnych indexov lomu druhého a prvého prostredia:

23.2. totálny vnútorný odraz. vláknová optika

Uvažujme prechod svetla z prostredia s vysokým indexom lomu n 1 (opticky hustejšie) do prostredia s nižším indexom lomu n 2 (opticky menej husté). Obrázok 23.3 ukazuje lúče dopadajúce na rozhranie sklo-vzduch. Pre sklo je index lomu n 1 = 1,52; pre vzduch n 2 = 1,00.

Ryža. 23.3. Výskyt úplného vnútorného odrazu (n 1 > n 2)

Zväčšenie uhla dopadu vedie k zvýšeniu uhla lomu, kým uhol lomu nedosiahne 90°. Pri ďalšom zvyšovaní uhla dopadu sa dopadajúci lúč neláme, ale plne odrazené od rozhrania. Tento jav sa nazýva totálny vnútorný odraz. Pozoruje sa, keď svetlo dopadá z hustejšieho prostredia na rozhraní s menej hustým médiom a spočíva v nasledujúcom.

Ak uhol dopadu prekročí hraničný uhol pre tieto médiá, potom na rozhraní nedochádza k lomu a dopadajúce svetlo sa úplne odráža.

Limitný uhol dopadu je určený vzťahom

Súčet intenzít odrazených a lomených lúčov sa rovná intenzite dopadajúceho lúča. Keď sa uhol dopadu zväčšuje, intenzita odrazeného lúča sa zvyšuje, zatiaľ čo intenzita lomeného lúča klesá a pre hraničný uhol dopadu sa rovná nule.

vláknová optika

Fenomén úplného vnútorného odrazu sa využíva v flexibilných svetlovodoch.

Ak je svetlo nasmerované na koniec tenkého skleneného vlákna obklopeného plášťom s nižším indexom lomu uhla, potom sa svetlo bude šíriť cez vlákno, pričom dôjde k úplnému odrazu na rozhraní skleneného plášťa. Takéto vlákno je tzv svetlovod. Ohyby svetlovodu neprekážajú pri prechode svetla

V moderných svetlovodoch je strata svetla v dôsledku jeho absorpcie veľmi malá (rádovo 10% na km), čo umožňuje ich použitie v optických komunikačných systémoch. V medicíne sa zo zväzkov tenkých svetlovodov vyrábajú endoskopy, ktoré slúžia na vizuálne vyšetrenie dutých vnútorných orgánov (obr. 23.5). Počet vlákien v endoskope dosahuje milión.

Pomocou samostatného svetlovodného kanála, uloženého v spoločnom zväzku, sa prenáša laserové žiarenie za účelom terapeutických účinkov na vnútorné orgány.

Ryža. 23.4.Šírenie svetelných lúčov cez vlákno

Ryža. 23.5. endoskop

Nechýbajú ani prirodzené svetlovody. Napríklad u bylinných rastlín hrá stonka úlohu svetlovodu, ktorý privádza svetlo do podzemnej časti rastliny. Bunky stonky tvoria rovnobežné stĺpiky, čo pripomína dizajn priemyselných svetlovodov. Ak

na osvetlenie takého stĺpca pod mikroskopom je jasné, že jeho steny zostávajú tmavé a vnútro každej bunky je jasne osvetlené. Hĺbka, do ktorej sa svetlo dostáva týmto spôsobom, nepresahuje 4-5 cm, ale aj taký krátky svetlovod stačí na to, aby presvetlil podzemnú časť bylinky.

23.3. Objektívy. Optická sila šošovky

Objektív - priehľadné teleso, zvyčajne ohraničené dvoma guľovými plochami, z ktorých každá môže byť konvexná alebo konkávna. Priamka prechádzajúca stredmi týchto gúľ sa nazýva hlavná optická os šošovky(slov Domov zvyčajne sa vynecháva).

Nazýva sa šošovka, ktorej maximálna hrúbka je oveľa menšia ako polomery oboch guľových plôch tenký.

Prechodom cez šošovku svetelný lúč mení smer - je vychýlený. Ak je odchýlka do strany optická os, potom sa šošovka nazýva zbieranie inak sa volá šošovka rozptyl.

Každý lúč dopadajúci na zbiehavú šošovku rovnobežnú s optickou osou po lomu prechádza bodom na optickej osi (F), tzv. hlavne zameranie(obr. 23.6, a). Pre rozptylovú šošovku prechádza ohnisko pokračovanie lomený lúč (obr. 23.6, b).

Každá šošovka má dve ohniská umiestnené na oboch stranách. Vzdialenosť od ohniska k stredu šošovky sa nazýva hlavná ohnisková vzdialenosť(f).

Ryža. 23.6. Ohnisko konvergujúcich (a) a divergentných (b) šošoviek

Vo výpočtových vzorcoch sa f berie so znamienkom „+“. zhromažďovaniešošovky a so znakom „-“ pre rozptylšošovky.

Prevrátená hodnota ohniskovej vzdialenosti je tzv Optická sila šošovky: D = 1/f. Jednotka optickej sily - dioptrie(dptr). 1 dioptria je optická mohutnosť šošovky s ohniskovou vzdialenosťou 1 m.

optická sila tenká šošovka a ohnisková vzdialenosť závisí od polomerov guľôčok a indexu lomu látky šošovky vo vzťahu k prostrediu:

kde R1, R2 - polomery zakrivenia povrchov šošoviek; n je index lomu látky šošovky vo vzťahu k prostrediu; znamienko „+“ sa používa pre konvexné povrch a znak "-" - pre konkávne. Jeden z povrchov môže byť plochý. V tomto prípade vezmite R = ∞ , 1/R = 0.

Na fotenie sa používajú šošovky. Uvažujme predmet umiestnený kolmo na optickú os zbiehajúcej šošovky a zostrojme obraz jeho horného bodu A. Obraz celého predmetu bude tiež kolmý na os šošovky. V závislosti od polohy objektu vzhľadom na šošovku sú možné dva prípady lomu lúčov, znázornené na obr. 23.7.

1. Ak vzdialenosť od objektu k šošovke presahuje ohniskovú vzdialenosť f, potom lúče vyžarované bodom A po prechode šošovkou pretínajú v bode A, ktorý je tzv skutočný obraz. Získa sa skutočný obraz hore nohami.

2. Ak je vzdialenosť od objektu k šošovke menšia ako ohnisková vzdialenosť f, potom lúče vyžarované bodom A po prechode šošovkou rasa-

Ryža. 23.7. Reálne (a) a imaginárne (b) obrazy dané zbiehavou šošovkou

chodiť okolo a v bode A" sa ich rozšírenia pretínajú. Tento bod sa nazýva imaginárny obraz. Získa sa imaginárny obraz priamy.

Divergujúca šošovka poskytuje virtuálny obraz objektu vo všetkých jeho polohách (obr. 23.8).

Ryža. 23.8. Virtuálny obraz daný divergentnou šošovkou

Na výpočet sa používa obrázok vzorec šošovky, ktorý zakladá súvislosť medzi ustanoveniami bodov a jej snímky

kde f je ohnisková vzdialenosť (pre divergenciu je to negatívny) a 1 - vzdialenosť od objektu k šošovke; a 2 je vzdialenosť medzi obrazom a šošovkou (znamienko "+" sa používa pre skutočný obraz a znak "-" pre virtuálny obraz).

Ryža. 23.9. Možnosti vzorca objektívu

Pomer veľkosti obrázka k veľkosti objektu sa nazýva lineárny nárast:

Lineárny nárast sa vypočíta podľa vzorca k = a 2 / a 1. šošovka (dokonca tenký) dá "správny" obraz, poslúchne zloženie šošovky, iba ak sú splnené tieto podmienky:

Index lomu šošovky nezávisí od vlnovej dĺžky svetla alebo je svetlo dostatočné monochromatické.

Pri použití zobrazovacích šošoviek reálny subjekty, tieto obmedzenia spravidla nie sú splnené: dochádza k rozptylu; niektoré body objektu ležia mimo optickej osi; dopadajúce svetelné lúče nie sú paraxiálne, šošovka nie je tenká. Toto všetko vedie k skreslenie snímky. Na zníženie skreslenia sú šošovky optických prístrojov vyrobené z niekoľkých šošoviek umiestnených blízko seba. Optická mohutnosť takejto šošovky sa rovná súčtu optických mohutností šošoviek:

23.4. Aberácie šošovky

aberácie je všeobecný názov pre obrazové chyby, ktoré sa vyskytujú pri používaní objektívov. aberácie (z latinského „aberratio“- odchýlka), ktoré sa prejavujú len v nemonochromatickom svetle, sa nazývajú chromatické. Všetky ostatné typy aberácií sú monochromatické keďže ich prejav nie je spojený so zložitým spektrálnym zložením skutočného svetla.

1. Sférická aberácia- monochromatické aberácia spôsobená tým, že krajné (okrajové) časti šošovky odchyľujú lúče prichádzajúce z bodového zdroja silnejšie ako jej stredová časť. Výsledkom je, že periférne a centrálne oblasti šošovky vytvárajú rôzne obrazy (S 2 a S " 2, v tomto poradí) bodového zdroja S 1 (obr. 23.10). Preto v akejkoľvek polohe obrazovky sa obraz na nej sa získava vo forme svetlého bodu.

Tento druh aberácie je eliminovaný použitím konkávnych a konvexných systémov šošoviek.

Ryža. 23.10. Sférická aberácia

2. Astigmatizmus- monochromatické aberácie, spočívajúcej v tom, že obraz bodu má podobu eliptickej škvrny, ktorá sa v určitých polohách obrazovej roviny degeneruje do segmentu.

Astigmatizmus šikmé lúče sa prejavuje vtedy, keď lúče vychádzajúce z bodu zvierajú s optickou osou výrazné uhly. Na obrázku 23.11 je bodový zdroj umiestnený na sekundárnej optickej osi. V tomto prípade sa objavia dva obrázky vo forme segmentov priamych čiar umiestnených kolmo na seba v rovinách I a II. Obraz zdroja je možné získať len vo forme rozmazanej škvrny medzi rovinami I a II.

Astigmatizmus v dôsledku asymetrie optický systém. Tento typ astigmatizmu sa vyskytuje, keď je symetria optického systému vzhľadom na lúč svetla narušená v dôsledku konštrukcie samotného systému. S touto aberáciou šošovky vytvárajú obraz, v ktorom majú kontúry a línie orientované rôznymi smermi rôznu ostrosť. Toto sa pozoruje pri cylindrických šošovkách (obr. 23.11, b).

Cylindrická šošovka vytvára lineárny obraz bodového objektu.

Ryža. 23.11. Astigmatizmus: šikmé lúče (a); kvôli valcovitosti šošovky (b)

V oku sa astigmatizmus tvorí vtedy, keď dochádza k asymetrii zakrivenia systémov šošovky a rohovky. Na korekciu astigmatizmu sa používajú okuliare, ktoré majú rôzne zakrivenie v rôznych smeroch.

3. Skreslenie(skreslenie). Keď lúče vysielané objektom zvierajú veľký uhol s optickou osou, nájde sa iný druh monochromatické odchýlky - skreslenie. V tomto prípade je narušená geometrická podobnosť medzi objektom a obrázkom. Dôvodom je, že v skutočnosti lineárne zväčšenie dané šošovkou závisí od uhla dopadu lúčov. Výsledkom je, že obrázok štvorcovej mriežky zaberá buď vankúš-, alebo súdkovitého tvaru pohľad (obr. 23.12).

Na boj proti skresleniu je zvolený systém šošoviek s opačným skreslením.

Ryža. 23.12. Skreslenie: a - poduška, b - sud

4. Chromatická aberácia sa prejavuje tak, že lúč bieleho svetla vychádzajúci z bodu dáva svoj obraz v podobe dúhového kruhu, fialové lúče sa pretínajú bližšie k šošovke ako červené (obr. 23.13).

Príčinou chromatickej aberácie je závislosť indexu lomu látky od vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla (disperzia). Na korekciu tejto aberácie v optike sa používajú šošovky vyrobené zo skiel s rôznymi disperziami (achromáty, apochromáty).

Ryža. 23.13. Chromatická aberácia

23.5. Základné pojmy a vzorce

Pokračovanie tabuľky

Koniec stola

23.6. Úlohy

1. Prečo sa vo vode lesknú vzduchové bubliny?

odpoveď: v dôsledku odrazu svetla na rozhraní voda-vzduch.

2. Prečo sa lyžica zdá zväčšená v tenkostennom pohári s vodou?

odpoveď: Voda v pohári pôsobí ako cylindrická zbiehavá šošovka. Vidíme imaginárny zväčšený obraz.

3. Optická sila šošovky je 3 dioptrie. Aká je ohnisková vzdialenosť objektívu? Vyjadrite svoju odpoveď v cm.

rozhodnutie

D \u003d 1 / f, f \u003d 1 / D \u003d 1/3 \u003d 0,33 m. odpoveď: f = 33 cm.

4. Ohniskové vzdialenosti oboch šošoviek sú rovnaké: f = +40 cm, f 2 = -40 cm Nájdite ich optickú mohutnosť.

6. Ako môžete určiť ohniskovú vzdialenosť konvergovanej šošovky za jasného počasia?

rozhodnutie

Vzdialenosť od Slnka k Zemi je taká veľká, že všetky lúče dopadajúce na šošovku sú navzájom rovnobežné. Ak na obrazovke získate obraz Slnka, vzdialenosť od šošovky k obrazovke sa bude rovnať ohniskovej vzdialenosti.

7. Pre šošovku s ohniskovou vzdialenosťou 20 cm nájdite vzdialenosti k objektu, pri ktorých bude lineárna veľkosť skutočného obrazu: a) dvakrát väčšia ako veľkosť objektu; b) rovná veľkosti predmetu; c) polovičná veľkosť predmetu.

8. Optická sila šošovky pre človeka s normálnym zrakom je 25 dioptrií. Index lomu 1,4. Vypočítajte polomery zakrivenia šošovky, ak je známe, že jeden polomer zakrivenia je dvojnásobkom druhého.

Najprv si poďme trochu zafantazírovať. Predstavte si horúci letný deň pred naším letopočtom, primitívny človek loví ryby oštepom. Všíma si jej polohu, mieri a udrie z nejakého dôvodu vôbec nie tam, kde bolo vidieť rybu. Zmeškaný? Nie, rybár má korisť vo svojich rukách! Ide o to, že náš predok intuitívne pochopil tému, ktorú budeme teraz študovať. V každodennom živote vidíme, že lyžica ponorená do pohára s vodou sa javí ako krivá, keď sa pozeráme cez sklenenú nádobu, predmety sa zdajú byť krivé. Všetky tieto otázky zvážime v lekcii, ktorej témou je: „Lom svetla. Zákon lomu svetla. Totálny vnútorný odraz.

V predchádzajúcich lekciách sme hovorili o osude lúča v dvoch prípadoch: čo sa stane, ak sa lúč svetla šíri v priehľadnom homogénnom prostredí? Správna odpoveď je, že sa bude šíriť v priamke. A čo sa stane, keď lúč svetla dopadne na rozhranie medzi dvoma médiami? V minulej lekcii sme hovorili o odrazenom lúči, dnes budeme uvažovať o tej časti svetelného lúča, ktorá je absorbovaná médiom.

Aký bude osud lúča, ktorý prenikol z prvého opticky priehľadného média do druhého opticky priehľadného média?

Ryža. 1. Lom svetla

Ak lúč dopadne na rozhranie medzi dvoma priehľadnými médiami, časť svetelnej energie sa vráti do prvého média, čím sa vytvorí odrazený lúč, a druhá časť prejde dovnútra do druhého média a spravidla zmení svoj smer.

Zmena smeru šírenia svetla v prípade jeho prechodu rozhraním medzi dvoma prostrediami sa nazýva lom svetla(obr. 1).

Ryža. 2. Uhly dopadu, lomu a odrazu

Na obrázku 2 vidíme dopadajúci lúč, uhol dopadu bude označený α. Lúč, ktorý určuje smer lomu svetla, sa bude nazývať lomený lúč. Uhol medzi kolmicou na rozhranie medzi médiami, obnovený z bodu dopadu, a lomeným lúčom sa nazýva uhol lomu, na obrázku je to uhol γ. Na dokončenie obrázku uvádzame aj obraz odrazeného lúča a podľa toho aj uhol odrazu β. Aký je vzťah medzi uhlom dopadu a uhlom lomu, je možné predpovedať, ak poznáme uhol dopadu a z akého prostredia lúč do ktorého prechádzal, aký bude uhol lomu? Ukazuje sa, že môžete!

Získame zákon, ktorý kvantitatívne popisuje vzťah medzi uhlom dopadu a uhlom lomu. Využime Huygensov princíp, ktorý reguluje šírenie vlny v médiu. Zákon sa skladá z dvoch častí.

Dopadajúci lúč, lomený lúč a kolmica obnovená k bodu dopadu ležia v rovnakej rovine.

Pomer sínusu uhla dopadu k sínusu uhla lomu je konštantná hodnota pre dve dané prostredia a rovná sa pomeru rýchlostí svetla v týchto prostrediach.

Tento zákon sa nazýva Snellov zákon podľa holandského vedca, ktorý ho ako prvý sformuloval. Dôvodom lomu je rozdiel v rýchlostiach svetla v rôznych médiách. Platnosť zákona lomu môžete overiť experimentálnym nasmerovaním lúča svetla pod rôznymi uhlami na rozhranie medzi dvoma médiami a meraním uhlov dopadu a lomu. Ak tieto uhly zmeníme, zmeriame sínusy a nájdeme pomery sínusov týchto uhlov, presvedčíme sa, že zákon lomu skutočne platí.

Dôkaz zákona lomu pomocou Huygensovho princípu je ďalším potvrdením vlnovej povahy svetla.

Relatívny index lomu n 21 ukazuje, koľkokrát sa rýchlosť svetla V 1 v prvom prostredí líši od rýchlosti svetla V 2 v druhom prostredí.

Relatívny index lomu je jasnou ukážkou toho, že dôvodom zmeny smeru svetla pri prechode z jedného prostredia do druhého je rozdielna rýchlosť svetla v dvoch prostrediach. Na charakterizáciu optických vlastností média sa často používa termín „optická hustota média“ (obr. 3).

Ryža. 3. Optická hustota média (α > γ)

Ak lúč prechádza z média s vyššou rýchlosťou svetla do média s nižšou rýchlosťou svetla, potom, ako je zrejmé z obrázku 3 a zákona lomu svetla, bude pritlačený proti kolmici, tj. , uhol lomu je menší ako uhol dopadu. V tomto prípade sa hovorí, že lúč prešiel z média s menšou hustotou do média s vyššou hustotou. Príklad: zo vzduchu do vody; z vody do skla.

Je možná aj opačná situácia: rýchlosť svetla v prvom médiu je menšia ako rýchlosť svetla v druhom médiu (obr. 4).

Ryža. 4. Optická hustota média (α< γ)

Potom bude uhol lomu väčší ako uhol dopadu a o takomto prechode sa hovorí, že sa uskutoční z opticky hustejšieho do opticky menej hustého média (zo skla do vody).

Optická hustota dvoch médií sa môže značne líšiť, takže situácia znázornená na fotografii (obr. 5) je možná:

Ryža. 5. Rozdiel medzi optickou hustotou médií

Dávajte pozor na to, ako je hlava posunutá vzhľadom na telo, ktoré je v kvapaline, v médiu s vyššou optickou hustotou.

Relatívny index lomu však nie je vždy vhodnou charakteristikou pre prácu, pretože závisí od rýchlosti svetla v prvom a druhom médiu, ale takýchto kombinácií a kombinácií dvoch médií (voda - vzduch, sklo) môže byť veľa. - diamant, glycerín - alkohol, sklo - voda atď.). Tabuľky by boli veľmi ťažkopádne, nepohodlne by sa s nimi pracovalo a potom sa zaviedlo jedno absolútne prostredie, v porovnaní s ktorým sa porovnáva rýchlosť svetla v iných prostrediach. Vákuum bolo zvolené ako absolútne a rýchlosti svetla sú porovnávané s rýchlosťou svetla vo vákuu.

Absolútny index lomu prostredia n- je to hodnota, ktorá charakterizuje optickú hustotu prostredia a rovná sa pomeru rýchlosti svetla S vo vákuu na rýchlosť svetla v danom prostredí.

Absolútny index lomu je pre prácu vhodnejší, pretože rýchlosť svetla vo vákuu vždy poznáme, rovná sa 3·10 8 m/s a je univerzálnou fyzikálnou konštantou.

Absolútny index lomu závisí od vonkajších parametrov: teploty, hustoty a tiež od vlnovej dĺžky svetla, takže tabuľky zvyčajne uvádzajú priemerný index lomu pre daný rozsah vlnových dĺžok. Ak porovnáme indexy lomu vzduchu, vody a skla (obr. 6), vidíme, že index lomu vzduchu sa blíži k jednote, preto ho pri riešení úloh budeme brať ako jednotku.

Ryža. 6. Tabuľka absolútnych indexov lomu pre rôzne médiá

Je ľahké získať vzťah medzi absolútnym a relatívnym indexom lomu médií.

Relatívny index lomu, to znamená pre lúč prechádzajúci z média jedna do média dva, sa rovná pomeru absolútneho indexu lomu v druhom médiu k absolútnemu indexu lomu v prvom médiu.

Napríklad: = ≈ 1,16

Ak sú absolútne indexy lomu oboch médií takmer rovnaké, znamená to, že relatívny index lomu počas prechodu z jedného prostredia do druhého sa bude rovnať jednej, to znamená, že svetelný lúč sa v skutočnosti nelomí. Napríklad pri prechode z anízového oleja na drahokam beryl prakticky neodchýli svetlo, to znamená, že sa bude správať ako pri prechode cez anízový olej, pretože ich index lomu je 1,56 a 1,57, takže drahokam môže byť ako sa schovať v tekutine, to jednoducho nebude vidieť.

Ak nalejete vodu do priehľadného pohára a pozriete sa cez stenu pohára do svetla, potom uvidíme striebristý lesk povrchu v dôsledku fenoménu úplného vnútorného odrazu, o ktorom bude teraz reč. Keď svetelný lúč prechádza z hustejšieho optického prostredia do menej hustého optického prostredia, možno pozorovať zaujímavý efekt. Pre istotu budeme predpokladať, že svetlo prechádza z vody do vzduchu. Predpokladajme, že v hĺbke nádrže je bodový zdroj svetla S, ktorý vyžaruje lúče do všetkých strán. Napríklad potápač svieti baterkou.

Lúč SO 1 dopadá na hladinu vody v najmenšom uhle, tento lúč sa čiastočne láme - lúč O 1 A 1 a čiastočne sa odráža späť do vody - lúč O 1 B 1. Časť energie dopadajúceho lúča sa teda prenáša na lomený lúč a zvyšná časť energie sa prenáša na odrazený lúč.

Ryža. 7. Úplná vnútorná reflexia

Lúč SO 2, ktorého uhol dopadu je väčší, je tiež rozdelený na dva lúče: lomený a odrazený, ale energia pôvodného lúča je medzi nimi rozdelená inak: lomený lúč O 2 A 2 bude slabší ako lúč O 1 A 1, to znamená, že dostane menší zlomok energie a odrazený lúč O 2 V 2 bude jasnejší ako lúč O 1 V 1, to znamená, že dostane väčší podiel energie. S rastúcim uhlom dopadu možno vysledovať rovnakú pravidelnosť – čoraz menší podiel energie dopadajúceho lúča ide do odrazeného lúča a stále menší podiel na lomený lúč. Lomený lúč sa stmieva a v určitom bode úplne zmizne, k tomuto vymiznutiu dochádza pri dosiahnutí uhla dopadu, ktorý zodpovedá uhlu lomu 90 0 . V tejto situácii by lomený lúč OA musel ísť rovnobežne s vodnou hladinou, ale nemá čo ísť - všetka energia dopadajúceho lúča SO išla celá do odrazeného lúča OB. Prirodzene, s ďalším zvýšením uhla dopadu bude lomený lúč chýbať. Opísaný jav je totálny vnútorný odraz, to znamená, že hustejšie optické médium pri uvažovaných uhloch nevyžaruje lúče zo seba, všetky sa v ňom odrážajú. Uhol, pod ktorým sa tento jav vyskytuje, sa nazýva hraničný uhol celkového vnútorného odrazu.

Hodnota medzného uhla sa dá ľahko zistiť zo zákona lomu:

= => = arcsin, pre vodu ≈ 49 0

Najzaujímavejšou a najpopulárnejšou aplikáciou fenoménu úplného vnútorného odrazu sú takzvané vlnovody alebo vláknová optika. Presne takýto spôsob signalizácie využívajú moderné telekomunikačné spoločnosti na internete.

Dostali sme zákon lomu svetla, zaviedli nový pojem - relatívne a absolútne indexy lomu a tiež sme prišli na fenomén úplného vnútorného odrazu a jeho aplikácie, ako je vláknová optika. Znalosti si môžete upevniť preskúmaním príslušných testov a simulátorov v sekcii lekcií.

Urobme dôkaz zákona lomu svetla pomocou Huygensovho princípu. Je dôležité pochopiť, že príčinou lomu je rozdiel v rýchlostiach svetla v dvoch rôznych médiách. Označme rýchlosť svetla v prvom médiu V 1 a v druhom médiu - V 2 (obr. 8).

Ryža. 8. Dôkaz zákona lomu svetla

Nechajte rovinnú svetelnú vlnu dopadať na ploché rozhranie medzi dvoma médiami, napríklad zo vzduchu do vody. Vlnová plocha AC je kolmá na lúče a rozhranie medzi médiom MN najskôr dosiahne lúč a lúč dosiahne rovnaký povrch po časovom intervale ∆t, ktorý sa bude rovnať dráhe SW delenej rýchlosťou svetla. v prvom médiu.

Preto v momente, keď sa sekundárna vlna v bode B len začne excitovať, vlna z bodu A už má tvar pologule s polomerom AD, ktorý sa rovná rýchlosti svetla v druhom prostredí o ∆t: AD = ∆t, teda Huygensov princíp vo vizuálnom pôsobení. Vlnovú plochu lomenej vlny je možné získať nakreslením povrchovej dotyčnice ku všetkým sekundárnym vlnám v druhom prostredí, ktorých stredy ležia na rozhraní medzi prostrediami, v tomto prípade je to rovina BD, je to obálka sekundárne vlny. Uhol dopadu α ​​lúča sa rovná uhlu CAB v trojuholníku ABC, strany jedného z týchto uhlov sú kolmé na strany druhého. Preto sa SW bude rovnať rýchlosti svetla v prvom médiu o ∆t

CB = ∆t = AB sin α

Uhol lomu sa zase bude rovnať uhlu ABD v trojuholníku ABD, preto:

AD = ∆t = AB sin γ

Rozdelením výrazov podľa výrazov dostaneme:

n je konštantná hodnota, ktorá nezávisí od uhla dopadu.

Získali sme zákon lomu svetla, sínus uhla dopadu k sínusu uhla lomu je konštantná hodnota pre dané dve prostredia a rovná sa pomeru rýchlostí svetla v dvoch daných prostrediach.

Kubická nádoba s nepriehľadnými stenami je umiestnená tak, že oko pozorovateľa nevidí jej dno, ale úplne vidí stenu nádoby CD. Koľko vody treba naliať do nádoby, aby pozorovateľ videl predmet F, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti b = 10 cm od rohu D? Okraj cievy α = 40 cm (obr. 9).

Čo je veľmi dôležité pri riešení tohto problému? Hádajte, že keďže oko nevidí dno nádoby, ale vidí krajný bod bočnej steny a nádoba je kocka, potom uhol dopadu lúča na hladinu vody, keď ju nalievame, bude sa rovná 45 0.

Ryža. 9. Úloha skúšky

Lúč padá do bodu F, čo znamená, že objekt jasne vidíme a čierna bodkovaná čiara ukazuje priebeh lúča, ak by tam nebola voda, teda do bodu D. Z trojuholníka NFC vychádza tangens uhla. β, dotyčnica uhla lomu, je pomer protiľahlého ramena k susednému alebo, na základe obrázku, h mínus b delené h.

tg β = =, h je výška kvapaliny, ktorú sme naliali;

Najintenzívnejší jav úplného vnútorného odrazu sa využíva v systémoch z optických vlákien.

Ryža. 10. Vláknová optika

Ak je lúč svetla nasmerovaný na koniec pevnej sklenenej trubice, potom po viacnásobnom úplnom vnútornom odraze bude lúč vychádzať z opačnej strany trubice. Ukazuje sa, že sklenená trubica je vodičom svetelnej vlny alebo vlnovodu. Stane sa to bez ohľadu na to, či je trubica rovná alebo zakrivená (obrázok 10). Prvé svetlovody, to je druhý názov vlnovodov, sa používali na osvetlenie ťažko dostupných miest (počas lekárskeho výskumu, keď sa svetlo dodáva na jeden koniec svetlovodu a druhý koniec osvetľuje správne miesto) . Hlavnou aplikáciou je medicína, defektoskopia motorov, avšak najčastejšie sa takéto vlnovody používajú v systémoch prenosu informácií. Nosná frekvencia svetelnej vlny je miliónkrát väčšia ako frekvencia rádiového signálu, čo znamená, že množstvo informácií, ktoré dokážeme preniesť pomocou svetelnej vlny, je miliónkrát väčšie ako množstvo informácií prenášaných rádiovými vlnami. Je to skvelá príležitosť sprostredkovať obrovské množstvo informácií jednoduchým a lacným spôsobom. Informácie sa spravidla prenášajú cez optický kábel pomocou laserového žiarenia. Vláknová optika je nevyhnutná pre rýchly a kvalitný prenos počítačového signálu obsahujúceho veľké množstvo prenášaných informácií. A podstatou toho všetkého je taký jednoduchý a bežný jav, akým je lom svetla.

Bibliografia

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fyzika (základná úroveň) - M.: Mnemozina, 2012.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. 10. ročník z fyziky. - M.: Mnemosyne, 2014.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. Fyzika - 9, Moskva, Vzdelávanie, 1990.

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

Domáca úloha

1. Definujte lom svetla.
2. Pomenujte príčinu lomu svetla.
3. Vymenuj najpopulárnejšie aplikácie totálnej vnútornej reflexie.