Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ng liwanag. geometric na optika

Kabuuang panloob na pagmuni-muni

Panloob na pagmuni-muni- ang kababalaghan ng pagmuni-muni ng mga electromagnetic wave mula sa interface sa pagitan ng dalawang transparent na media, sa kondisyon na ang wave ay bumaba mula sa isang medium na may mas mataas na refractive index.

Hindi kumpletong panloob na pagmuni-muni- panloob na pagmuni-muni, sa kondisyon na ang anggulo ng saklaw ay mas mababa kaysa sa kritikal na anggulo. Sa kasong ito, ang sinag ay nahahati sa refracted at masasalamin.

Kabuuang panloob na pagmuni-muni- panloob na pagmuni-muni, sa kondisyon na ang anggulo ng saklaw ay lumampas sa isang tiyak na kritikal na anggulo. Sa kasong ito, ang alon ng insidente ay ganap na nakikita, at ang halaga ng koepisyent ng pagmuni-muni ay lumampas sa pinakamataas na halaga nito para sa pinakintab na mga ibabaw. Bilang karagdagan, ang koepisyent ng pagmuni-muni para sa kabuuang panloob na pagmuni-muni ay hindi nakasalalay sa haba ng daluyong.

Ang optical phenomenon na ito ay sinusunod para sa malawak na spectrum ng electromagnetic radiation kabilang ang X-ray range.

Sa loob ng balangkas ng geometric na optika, ang paliwanag ng kababalaghan ay walang halaga: batay sa batas ni Snell at isinasaalang-alang na ang anggulo ng repraksyon ay hindi maaaring lumampas sa 90 °, nakuha natin na sa isang anggulo ng saklaw na ang sine ay mas malaki kaysa sa ratio ng mas maliit na refractive index sa mas malaking koepisyent, ang isang electromagnetic wave ay dapat na ganap na maipakita sa unang daluyan.

Alinsunod sa teorya ng alon ng kababalaghan, ang electromagnetic wave gayunpaman ay tumagos sa pangalawang daluyan - ang tinatawag na "hindi pantay na alon" ay kumakalat doon, na nabubulok nang husto at hindi nagdadala ng enerhiya kasama nito. Ang katangiang lalim ng pagtagos ng isang hindi magkakatulad na alon sa pangalawang daluyan ay nasa pagkakasunud-sunod ng haba ng daluyong.

Kabuuang panloob na pagmuni-muni ng liwanag

Isaalang-alang ang panloob na pagmuni-muni gamit ang halimbawa ng dalawang monochromatic ray na insidente sa interface sa pagitan ng dalawang media. Nahuhulog ang mga sinag mula sa isang zone ng mas siksik na medium (ipinahiwatig sa mas matingkad na asul) na may refractive index patungo sa hangganan na may mas kaunting siksik na medium (ipinahiwatig sa light blue) na may refractive index.

Ang pulang sinag ay bumagsak sa isang anggulo , iyon ay, sa hangganan ng media, ito ay bifurcates - ito ay bahagyang refracted at bahagyang sumasalamin. Ang bahagi ng sinag ay na-refracte sa isang anggulo.

Ang berdeng sinag ay bumagsak at ganap na ipinapakita src="/pictures/wiki/files/100/d833a2d69df321055f1e0bf120a53eff.png" border="0">.

Kabuuang panloob na pagmuni-muni sa kalikasan at teknolohiya

Reflection ng x-ray

Ang refraction ng X-ray sa grazing incidence ay unang binuo ni M. A. Kumakhov, na bumuo ng X-ray mirror, at theoretically substantiated ni Arthur Compton noong 1923.

Iba pang mga wave phenomena

Ang pagpapakita ng repraksyon, at samakatuwid ang epekto ng kabuuang panloob na pagmuni-muni, ay posible, halimbawa, para sa mga sound wave sa ibabaw at sa bulto ng isang likido sa panahon ng paglipat sa pagitan ng mga zone na may iba't ibang lagkit o density.

Ang mga phenomena na katulad ng epekto ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ng electromagnetic radiation ay sinusunod para sa mga beam ng mabagal na neutron.

Kung ang isang patayong polarized na alon ay bumagsak sa interface sa anggulo ng Brewster, kung gayon ang epekto ng kumpletong repraksyon ay makikita - walang makikitang alon.

Mga Tala

Wikimedia Foundation. 2010 .

Buong hininga
Kumpletong pagbabago

Tingnan kung ano ang "Kabuuang panloob na pagmuni-muni" sa iba pang mga diksyunaryo:

KABUUANG INTERNAL REFLECTION- reflection email. magn. radiation (sa partikular, liwanag) kapag nahulog ito sa interface sa pagitan ng dalawang transparent na media mula sa isang medium na may mataas na refractive index. P. sa. tungkol sa. ay isinasagawa kapag ang anggulo ng saklaw i ay lumampas sa isang tiyak na naglilimita (kritikal) anggulo ... Pisikal na Encyclopedia

Kabuuang panloob na pagmuni-muni- Kabuuang panloob na pagmuni-muni. Kapag ang liwanag ay dumaan mula sa isang daluyan na may n1 > n2, ang kabuuang panloob na pagmuni-muni ay nangyayari kung ang anggulo ng saklaw a2 > apr; sa isang anggulo ng saklaw a1 Illustrated Encyclopedic Dictionary

Kabuuang panloob na pagmuni-muni- pagmuni-muni ng optical radiation (Tingnan ang Optical radiation) (liwanag) o electromagnetic radiation ng ibang range (halimbawa, radio waves) kapag nahulog ito sa interface sa pagitan ng dalawang transparent na media mula sa isang medium na may mataas na refractive index ... .. . Great Soviet Encyclopedia

KABUUANG INTERNAL REFLECTION- electromagnetic waves, nangyayari kapag pumasa ang mga ito mula sa isang medium na may mataas na refractive index n1 patungo sa isang medium na may mas mababang refractive index n2 sa isang anggulo ng incidence a na lumalampas sa limiting angle apr, na tinutukoy ng ratio sinapr=n2/n1. Kumpleto na…… Modern Encyclopedia

KABUUANG INTERNAL REFLECTION- KABUUANG INTERNAL REFLECTION, REFLECTION na walang light refraction sa boundary. Kapag ang liwanag ay dumaan mula sa isang mas siksik na daluyan (tulad ng salamin) patungo sa isang hindi gaanong siksik (tubig o hangin), mayroong isang zone ng mga anggulo ng repraksyon kung saan ang liwanag ay hindi dumadaan sa hangganan ... Pang-agham at teknikal na encyclopedic na diksyunaryo

kabuuang panloob na pagmuni-muni- Reflection ng liwanag mula sa isang optically less dense medium na may kumpletong pagbalik sa medium kung saan ito bumabagsak. [Koleksyon ng mga inirerekomendang termino. Isyu 79. Pisikal na optika. USSR Academy of Sciences. Komite ng Scientific and Technical Terminology. 1970] Mga Paksa… … Handbook ng Teknikal na Tagasalin

KABUUANG INTERNAL REFLECTION- Ang mga electromagnetic wave ay nangyayari kapag sila ay nahulog nang pahilig sa interface sa pagitan ng 2 media, kapag ang radiation ay pumasa mula sa isang medium na may mataas na refractive index n1 patungo sa isang medium na may mas mababang refractive index n2, at ang anggulo ng incidence i ay lumampas sa limitasyon ng anggulo ... ... Malaking Encyclopedic Dictionary

kabuuang panloob na pagmuni-muni- electromagnetic waves, nangyayari na may pahilig na saklaw sa interface sa pagitan ng 2 media, kapag ang radiation ay pumasa mula sa isang medium na may mataas na refractive index n1 patungo sa isang medium na may mas mababang refractive index n2, at ang anggulo ng incidence i ay lumampas sa limitasyon ng anggulo ipr .. . encyclopedic Dictionary

Geometric at wave optika. Mga kondisyon para sa paglalapat ng mga pamamaraang ito (mula sa ratio ng haba ng daluyong at laki ng bagay). Wave coherence. Ang konsepto ng spatial at temporal na pagkakaugnay. sapilitang pagpapalabas. Mga tampok ng laser radiation. Istraktura at prinsipyo ng pagpapatakbo ng laser.

Dahil sa ang katunayan na ang liwanag ay isang wave phenomenon, nangyayari ang interference, bilang isang resulta nito limitado ang sinag ng liwanag ay hindi nagpapalaganap sa anumang direksyon, ngunit may isang may hangganang pamamahagi ng anggular, ibig sabihin, nagaganap ang diffraction. Gayunpaman, sa mga kasong iyon kung saan ang mga katangian ng transverse na sukat ng mga light beam ay sapat na malaki kumpara sa haba ng daluyong, maaaring pabayaan ng isa ang pagkakaiba-iba ng light beam at ipagpalagay na ito ay kumakalat sa isang solong direksyon: kasama ang light beam.

Ang wave optics ay isang sangay ng optika na naglalarawan sa pagpapalaganap ng liwanag, na isinasaalang-alang ang kalikasan ng alon nito. Phenomena ng wave optics - interference, diffraction, polarization, atbp.

Wave interference - mutual amplification o attenuation ng amplitude ng dalawa o higit pang magkakaugnay na alon na sabay-sabay na nagpapalaganap sa kalawakan.

Ang diffraction ng mga alon ay isang kababalaghan na nagpapakita ng sarili bilang isang paglihis mula sa mga batas ng geometric na optika sa panahon ng pagpapalaganap ng mga alon.

Polarization - mga proseso at estado na nauugnay sa paghihiwalay ng anumang mga bagay, pangunahin sa espasyo.

Sa physics, ang coherence ay ang ugnayan (consistency) ng ilang oscillatory o wave na proseso sa oras, na nagpapakita ng sarili kapag idinagdag ang mga ito. Ang mga oscillation ay magkakaugnay kung ang pagkakaiba sa pagitan ng kanilang mga phase ay pare-pareho sa oras at kapag ang mga oscillation ay idinagdag, ang isang oscillation ng parehong frequency ay nakuha.

Kung ang pagkakaiba ng bahagi ng dalawang oscillations ay nagbabago nang napakabagal, kung gayon ang mga oscillations ay sinasabing mananatiling magkakaugnay sa loob ng ilang panahon. Ang panahong ito ay tinatawag na oras ng pagkakaugnay.

Spatial coherence - ang pagkakaugnay-ugnay ng mga oscillations na nangyayari sa parehong oras sa iba't ibang mga punto sa isang eroplano na patayo sa direksyon ng pagpapalaganap ng alon.

Stimulated emission - ang pagbuo ng isang bagong photon sa panahon ng paglipat ng isang quantum system (atom, molekula, nucleus, atbp.) mula sa isang excited na estado patungo sa isang matatag na estado (mas mababang antas ng enerhiya) sa ilalim ng impluwensya ng isang inducing photon, ang enerhiya ng na katumbas ng pagkakaiba sa antas ng enerhiya. Ang nilikhang photon ay may parehong enerhiya, momentum, phase at polariseysyon bilang ang inducing photon (na hindi hinihigop).

Ang laser radiation ay maaaring tuloy-tuloy, na may pare-parehong kapangyarihan, o pulsed, na umaabot sa napakataas na peak powers. Sa ilang mga scheme, ang gumaganang elemento ng laser ay ginagamit bilang isang optical amplifier para sa radiation mula sa ibang pinagmulan.

Ang pisikal na batayan para sa pagpapatakbo ng isang laser ay ang phenomenon ng stimulated (induced) radiation. Ang kakanyahan ng kababalaghan ay ang isang nasasabik na atom ay nakapagpapalabas ng isang photon sa ilalim ng impluwensya ng isa pang photon nang walang pagsipsip nito, kung ang enerhiya ng huli ay katumbas ng pagkakaiba sa mga enerhiya ng mga antas ng atom bago at pagkatapos ng radiation. Sa kasong ito, ang ibinubuga na photon ay magkakaugnay sa photon na nagdulot ng radiation (ito ang "eksaktong kopya" nito). Ito ay kung paano pinalakas ang ilaw. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay naiiba sa kusang paglabas, kung saan ang mga inilabas na photon ay may mga random na direksyon ng pagpapalaganap, polariseysyon at yugto.

Ang lahat ng mga laser ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi:

aktibo (nagtatrabaho) na kapaligiran;

pumping system (pinagmulan ng enerhiya);

optical resonator (maaaring wala kung ang laser ay gumagana sa amplifier mode).

Ang bawat isa sa kanila ay nagbibigay para sa pagpapatakbo ng laser upang maisagawa ang mga tiyak na pag-andar nito.

Geometric na optika. Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni. Nililimitahan ang anggulo ng kabuuang pagmuni-muni. Ang takbo ng mga sinag. fiber optics.

Ang geometric optics ay isang sangay ng optika na nag-aaral ng mga batas ng pagpapalaganap ng liwanag sa transparent na media at ang mga prinsipyo ng pagbuo ng mga imahe sa panahon ng pagpasa ng liwanag sa mga optical system nang hindi isinasaalang-alang ang mga katangian ng alon nito.

Ang kabuuang panloob na pagmuni-muni ay panloob na pagmuni-muni sa kondisyon na ang anggulo ng saklaw ay lumampas sa ilang kritikal na anggulo. Sa kasong ito, ang alon ng insidente ay ganap na nakikita, at ang halaga ng koepisyent ng pagmuni-muni ay lumampas sa pinakamataas na halaga nito para sa pinakintab na mga ibabaw. Ang koepisyent ng pagmuni-muni para sa kabuuang panloob na pagmuni-muni ay hindi nakasalalay sa haba ng daluyong.

Nililimitahan ang anggulo ng kabuuang panloob na pagmuni-muni

Ang anggulo ng saklaw kung saan ang refracted beam ay nagsisimulang mag-slide kasama ang interface sa pagitan ng dalawang media nang walang paglipat sa isang optically denser medium

Daan ni Ray sa mga salamin, prisma at lente

Ang mga light ray mula sa isang point source ay kumakalat sa lahat ng direksyon. Sa mga optical system, yumuko pabalik at sumasalamin mula sa interface sa pagitan ng media, ang ilan sa mga sinag ay maaaring muling bumalandra sa isang punto. Ang isang punto ay tinatawag na isang point image. Kapag ang isang sinag ay tumalbog sa mga salamin, ang batas ay natutupad: "ang sinasalamin na sinag ay palaging nasa parehong eroplano tulad ng sinag ng insidente at ang normal sa ibabaw ng tumatalbog, na dumadaan sa punto ng saklaw, at ang anggulo ng saklaw na ibinawas mula sa ang normal na ito ay katumbas ng patalbog na anggulo."

Fiber optics - ibig sabihin ng terminong ito

isang sangay ng optika na nag-aaral ng mga pisikal na phenomena na nangyayari at nangyayari sa mga optical fiber, o

mga produkto ng mga industriya ng precision engineering, na kinabibilangan ng mga bahagi batay sa optical fibers.

Kasama sa mga fiber-optic na device ang mga laser, amplifier, multiplexer, demultiplexer, at marami pang iba. Kasama sa mga bahagi ng fiber optic ang mga insulator, salamin, konektor, splitter, atbp. Ang batayan ng isang fiber optic na aparato ay ang optical circuit nito - isang hanay ng mga bahagi ng fiber optic na konektado sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod. Maaaring sarado o bukas ang mga optical circuit, mayroon man o walang feedback.

Sa isang tiyak na anggulo ng saklaw ng liwanag $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$, na tinatawag nililimitahan ang anggulo, ang anggulo ng repraksyon ay katumbas ng $\frac(\pi )(2),\ $sa kasong ito, ang refracted beam ay dumudulas sa interface sa pagitan ng media, samakatuwid, walang refracted beam. Pagkatapos, mula sa batas ng repraksyon, maaari nating isulat na:

Larawan 1.

Sa kaso ng kabuuang pagmuni-muni, ang equation ay:

ay walang solusyon sa rehiyon ng mga tunay na halaga ng anggulo ng repraksyon ($(\alpha )_(pr)$). Sa kasong ito, ang $cos((\alpha )_(pr))$ ay puro haka-haka. Kung babalik tayo sa Fresnel Formulas, kung gayon ito ay maginhawa upang katawanin ang mga ito sa anyo:

kung saan ang anggulo ng saklaw ay tinutukoy ng $\alpha $ (para sa kaiklian), ang $n$ ay ang refractive index ng medium kung saan ang liwanag ay nagpapalaganap.

Puna 1

Dapat pansinin na ang inhomogeneous wave ay hindi nawawala sa pangalawang daluyan. Kaya, kung $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ walang kaso. Dahil valid ang mga formula ng Fresnel para sa isang monochromatic na field, iyon ay, para sa isang tuluy-tuloy na proseso. Sa kasong ito, ang batas ng konserbasyon ng enerhiya ay nangangailangan na ang average na pagbabago sa enerhiya sa panahon sa ikalawang daluyan ay katumbas ng zero. Ang wave at ang kaukulang fraction ng enerhiya ay tumagos sa interface papunta sa pangalawang medium hanggang sa mababaw na lalim ng pagkakasunud-sunod ng wavelength at gumagalaw dito parallel sa interface na may phase velocity na mas mababa kaysa sa phase velocity ng wave sa pangalawang daluyan. Bumalik ito sa unang kapaligiran sa isang puntong na-offset mula sa entry point.

Ang pagtagos ng alon sa pangalawang daluyan ay maaaring maobserbahan sa eksperimento. Ang intensity ng light wave sa pangalawang medium ay kapansin-pansin lamang sa mga distansyang mas maliit kaysa sa wavelength. Malapit sa interface kung saan bumagsak ang light wave, na nakakaranas ng kabuuang pagmuni-muni, sa gilid ng pangalawang medium, ang glow ng isang manipis na layer ay makikita kung mayroong fluorescent substance sa pangalawang medium.

Ang kabuuang pagmuni-muni ay nagdudulot ng mga mirage kapag ang ibabaw ng mundo ay nasa mataas na temperatura. Kaya, ang kabuuang pagmuni-muni ng liwanag na nagmumula sa mga ulap ay humahantong sa impresyon na may mga puddles sa ibabaw ng pinainit na aspalto.

Sa ilalim ng normal na pagmuni-muni, ang mga ugnayang $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ at $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ ay palaging totoo . Sa ilalim ng kabuuang pagmuni-muni sila ay kumplikado. Nangangahulugan ito na sa kasong ito ang yugto ng alon ay dumaranas ng pagtalon, habang ito ay naiiba sa zero o $\pi $. Kung ang alon ay polarized patayo sa eroplano ng saklaw, maaari nating isulat:

kung saan ang $(\delta )_(\bot )$ ay ang gustong phase jump. Ang equating ang tunay at haka-haka na mga bahagi, mayroon tayong:

Mula sa mga expression (5) nakukuha natin:

Alinsunod dito, para sa isang wave na polarized sa plane of incidence, maaaring makuha ng isa ang:

Ang mga phase jump na $(\delta )_(//)$ at $(\delta )_(\bot )$ ay hindi pareho. Ang masasalamin na alon ay magiging elliptically polarized.

Paglalapat ng kabuuang pagmuni-muni

Ipagpalagay natin na ang dalawang magkatulad na media ay pinaghihiwalay ng isang manipis na puwang ng hangin. Ang isang liwanag na alon ay bumabagsak dito sa isang anggulo na mas malaki kaysa sa limitasyon. Maaaring mangyari na ito ay tumagos sa puwang ng hangin bilang isang hindi magkakatulad na alon. Kung ang kapal ng puwang ay maliit, kung gayon ang alon na ito ay aabot sa pangalawang hangganan ng sangkap at hindi masyadong hihina. Ang pagkakaroon ng pumasa mula sa air gap sa sangkap, ang alon ay babalik muli sa isang homogenous. Ang ganitong eksperimento ay isinagawa ni Newton. Ang siyentipiko ay pinindot ang isa pang prisma, na pinakintab na spherically, sa hypotenuse na mukha ng isang parihabang prisma. Sa kasong ito, ang ilaw ay pumasa sa pangalawang prisma hindi lamang kung saan sila hinawakan, kundi pati na rin sa isang maliit na singsing sa paligid ng contact, sa lugar kung saan ang kapal ng puwang ay maihahambing sa haba ng daluyong. Kung ang mga obserbasyon ay ginawa sa puting liwanag, kung gayon ang gilid ng singsing ay may mapula-pula na kulay. Ito ay tulad ng nararapat, dahil ang lalim ng pagtagos ay proporsyonal sa haba ng daluyong (para sa mga pulang sinag ay mas malaki kaysa sa mga asul). Sa pamamagitan ng pagbabago ng kapal ng puwang, posible na baguhin ang intensity ng ipinadala na liwanag. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay naging batayan ng magaan na telepono, na patented ni Zeiss. Sa device na ito, ang isang transparent na lamad ay gumaganap bilang isa sa mga media, na nag-oscillates sa ilalim ng pagkilos ng sound incident dito. Ang liwanag na dumadaan sa air gap ay nagbabago ng intensity sa oras na may mga pagbabago sa lakas ng tunog. Ang pagkuha sa photocell, ito ay bumubuo ng isang alternating kasalukuyang, na nagbabago alinsunod sa mga pagbabago sa lakas ng tunog. Ang resultang kasalukuyang ay pinalakas at ginagamit pa.

Ang phenomena ng wave penetration sa pamamagitan ng manipis na gaps ay hindi tiyak sa optika. Posible ito para sa isang wave ng anumang kalikasan, kung ang bilis ng phase sa puwang ay mas mataas kaysa sa bilis ng phase sa kapaligiran. Ang phenomenon na ito ay may malaking kahalagahan sa nuclear at atomic physics.

Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay ginagamit upang baguhin ang direksyon ng pagpapalaganap ng liwanag. Para sa layuning ito, ginagamit ang mga prisma.

Halimbawa 1

Pagsasanay: Magbigay ng isang halimbawa ng kababalaghan ng kabuuang pagmuni-muni, na madalas na nakatagpo.

Desisyon:

Ang isa ay maaaring magbigay ng gayong halimbawa. Kung ang highway ay napakainit, ang temperatura ng hangin ay pinakamataas na malapit sa ibabaw ng aspalto at bumababa sa pagtaas ng distansya mula sa kalsada. Nangangahulugan ito na ang refractive index ng hangin ay minimal sa ibabaw at tumataas sa pagtaas ng distansya. Bilang resulta nito, ang mga sinag na may maliit na anggulo sa ibabaw ng highway ay dumaranas ng kabuuang pagmuni-muni. Kung itutuon mo ang iyong pansin, habang nagmamaneho sa isang kotse, sa isang angkop na seksyon ng ibabaw ng highway, maaari mong makita ang isang kotse na pabaliktad na medyo malayo sa unahan.

Halimbawa 2

Pagsasanay: Ano ang anggulo ng Brewster para sa isang sinag ng liwanag na bumabagsak sa ibabaw ng isang kristal kung ang limitasyon ng anggulo ng kabuuang pagmuni-muni para sa sinag na ito sa air-crystal interface ay 400?

Desisyon:

\[(tg(\alpha )_b)=\frac(n)(n_v)=n\kaliwa(2.2\kanan).\]

Mula sa expression (2.1) mayroon kaming:

Pinapalitan namin ang kanang bahagi ng expression (2.3) sa formula (2.2), ipinapahayag namin ang nais na anggulo:

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

Gawin natin ang mga kalkulasyon:

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

Sagot:$(\alpha )_b=57()^\circ .$

LECTURE 23 GEOMETRIC OPTICS

1. Mga batas ng pagmuni-muni at repraksyon ng liwanag.

2. Kabuuang panloob na pagmuni-muni. fiber optics.

3. Mga lente. Ang optical power ng lens.

4. Mga aberasyon ng lens.

5. Pangunahing konsepto at pormula.

6. Mga gawain.

Kapag nilulutas ang maraming mga problema na may kaugnayan sa pagpapalaganap ng liwanag, maaaring gamitin ng isa ang mga batas ng geometric na optika batay sa konsepto ng isang light beam bilang isang linya kung saan ang enerhiya ng isang light wave ay nagpapalaganap. Sa isang homogenous medium, ang mga light ray ay rectilinear. Ang geometric optics ay ang nililimitahan na kaso ng wave optics dahil ang wavelength ay nagiging zero (λ →0).

23.1. Mga batas ng pagmuni-muni at repraksyon ng liwanag. Kabuuang panloob na pagmuni-muni, mga ilaw na gabay

Mga batas ng pagmuni-muni

repleksyon ng liwanag- isang kababalaghan na nangyayari sa interface sa pagitan ng dalawang media, bilang isang resulta kung saan binabago ng light beam ang direksyon ng pagpapalaganap nito, na natitira sa unang medium. Ang likas na katangian ng pagmuni-muni ay nakasalalay sa ratio sa pagitan ng mga sukat (h) ng mga iregularidad ng sumasalamin na ibabaw at ang haba ng daluyong (λ) radiation ng insidente.

nagkakalat na pagmuni-muni

Kapag ang mga iregularidad ay random na matatagpuan, at ang kanilang mga sukat ay nasa pagkakasunud-sunod ng wavelength o lumampas dito, mayroong nagkakalat na pagmuni-muni- pagkalat ng liwanag sa iba't ibang direksyon. Ito ay dahil sa nagkakalat na pagmuni-muni na ang mga di-maliwanag na katawan ay nakikita kapag ang liwanag ay nakikita mula sa kanilang mga ibabaw.

Pagsalamin sa salamin

Kung ang mga sukat ng mga iregularidad ay maliit kumpara sa haba ng daluyong (h<< λ), то возникает направленное, или salamin, pagmuni-muni ng liwanag (Larawan 23.1). Sa kasong ito, ang mga sumusunod na batas ay natutupad.

Ang sinag ng insidente, ang sinasalamin na sinag at ang normal sa interface sa pagitan ng dalawang media, na iginuhit sa punto ng saklaw ng sinag, ay nasa parehong eroplano.

Ang anggulo ng pagmuni-muni ay katumbas ng anggulo ng saklaw:β = a.

kanin. 23.1. Ang kurso ng mga sinag sa specular reflection

Mga batas ng repraksyon

Kapag bumagsak ang isang light beam sa interface sa pagitan ng dalawang transparent na media, nahahati ito sa dalawang beam: reflected at repraksyon(Larawan 23.2). Ang refracted beam ay nagpapalaganap sa pangalawang daluyan, binabago ang direksyon nito. Ang optical na katangian ng daluyan ay ganap

kanin. 23.2. Ang landas ng mga sinag sa repraksyon

refractive index, na katumbas ng ratio ng bilis ng liwanag sa vacuum sa bilis ng liwanag sa medium na ito:

Ang direksyon ng refracted beam ay depende sa ratio ng mga refractive index ng dalawang media. Natutupad ang mga sumusunod na batas ng repraksyon.

Ang incident beam, ang refracted beam at ang normal sa interface sa pagitan ng dalawang media, na iginuhit sa punto ng incidence ng beam, ay nasa parehong eroplano.

Ang ratio ng sine ng anggulo ng saklaw sa sine ng anggulo ng repraksyon ay isang pare-parehong halaga na katumbas ng ratio ng ganap na mga indeks ng repraktibo ng pangalawa at unang media:

23.2. kabuuang panloob na pagmuni-muni. fiber optics

Isaalang-alang ang paglipat ng liwanag mula sa isang medium na may mataas na refractive index n 1 (optically denser) patungo sa isang medium na may mas mababang refractive index n 2 (optically less dense). Ipinapakita ng Figure 23.3 ang insidente ng sinag sa glass-air interface. Para sa salamin, ang refractive index n 1 = 1.52; para sa hangin n 2 = 1.00.

kanin. 23.3. Ang paglitaw ng kabuuang panloob na pagmuni-muni (n 1 > n 2)

Ang pagtaas sa anggulo ng saklaw ay humahantong sa pagtaas ng anggulo ng repraksyon hanggang ang anggulo ng repraksyon ay naging 90°. Sa karagdagang pagtaas sa anggulo ng saklaw, ang sinag ng insidente ay hindi na-refracte, ngunit ganap makikita mula sa interface. Ang kababalaghang ito ay tinatawag kabuuang panloob na pagmuni-muni. Ito ay naobserbahan kapag ang liwanag mula sa isang mas siksik na daluyan ay naganap sa hangganan na may mas kaunting daluyan at binubuo ng mga sumusunod.

Kung ang anggulo ng saklaw ay lumampas sa limitasyon ng anggulo para sa mga media na ito, walang repraksyon sa interface at ang liwanag ng insidente ay ganap na makikita.

Ang paglilimita ng anggulo ng saklaw ay tinutukoy ng kaugnayan

Ang kabuuan ng intensity ng reflected at refracted beam ay katumbas ng intensity ng incident beam. Habang tumataas ang anggulo ng saklaw, tumataas ang intensity ng sinasalamin na sinag, habang ang intensity ng refracted beam ay bumababa, at para sa paglilimita ng anggulo ng saklaw ay nagiging katumbas ng zero.

fiber optics

Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay ginagamit sa nababaluktot na mga gabay sa ilaw.

Kung ang liwanag ay nakadirekta sa dulo ng manipis na glass fiber na napapalibutan ng cladding na may mas mababang refractive index ng anggulo, kung gayon ang ilaw ay magpapalaganap sa fiber, na nakakaranas ng kabuuang repleksiyon sa glass-cladding interface. Ang nasabing hibla ay tinatawag liwanag na gabay. Ang mga bends ng light guide ay hindi nakakasagabal sa pagpasa ng liwanag

Sa modernong mga gabay sa liwanag, ang pagkawala ng liwanag bilang resulta ng pagsipsip nito ay napakaliit (sa pagkakasunud-sunod ng 10% bawat km), na ginagawang posible na gamitin ang mga ito sa mga sistema ng komunikasyon ng fiber-optic. Sa gamot, ang mga bundle ng manipis na light guide ay ginagamit upang gumawa ng mga endoscope, na ginagamit para sa visual na pagsusuri ng mga guwang na panloob na organo (Larawan 23.5). Ang bilang ng mga hibla sa endoscope ay umabot sa isang milyon.

Sa tulong ng isang hiwalay na channel ng gabay sa liwanag, na inilatag sa isang karaniwang bundle, ang laser radiation ay ipinadala para sa layunin ng mga therapeutic effect sa mga panloob na organo.

kanin. 23.4. Pagpapalaganap ng liwanag na sinag sa pamamagitan ng isang hibla

kanin. 23.5. endoscope

Mayroon ding mga natural na gabay sa liwanag. Halimbawa, sa mala-damo na mga halaman, ang tangkay ay gumaganap ng papel ng isang liwanag na gabay na nagdadala ng liwanag sa ilalim ng lupa na bahagi ng halaman. Ang mga cell ng stem ay bumubuo ng mga parallel na haligi, na nakapagpapaalaala sa disenyo ng mga pang-industriyang gabay na ilaw. Kung ang

upang maipaliwanag ang gayong haligi, sinusuri ito sa pamamagitan ng mikroskopyo, malinaw na ang mga dingding nito ay nananatiling madilim, at ang loob ng bawat selula ay maliwanag na naiilawan. Ang lalim kung saan ang liwanag ay naihatid sa ganitong paraan ay hindi lalampas sa 4-5 cm. Ngunit kahit na ang gayong maikling gabay sa liwanag ay sapat na upang magbigay ng liwanag sa ilalim ng lupa na bahagi ng isang mala-damo na halaman.

23.3. Mga lente. Optical na kapangyarihan ng lens

Lens - isang transparent na katawan, kadalasang napapaligiran ng dalawang spherical surface, na ang bawat isa ay maaaring matambok o malukong. Ang tuwid na linya na dumadaan sa mga sentro ng mga sphere na ito ay tinatawag pangunahing optical axis ng lens(salita bahay karaniwang tinatanggal).

Tinatawag ang isang lens na ang maximum na kapal ay mas mababa kaysa sa radii ng parehong spherical surface manipis.

Ang pagdaan sa lens, ang light beam ay nagbabago ng direksyon - ito ay pinalihis. Kung ang paglihis ay sa gilid optical axis, pagkatapos ay tinawag ang lens pagkolekta kung hindi man ang lens ay tinatawag nakakalat.

Anumang sinag na insidente sa isang converging lens parallel sa optical axis, pagkatapos ng repraksyon, ay dumadaan sa isang punto sa optical axis (F), na tinatawag na pangunahing pokus(Larawan 23.6, a). Para sa isang diverging lens, sa pamamagitan ng focus pass pagpapatuloy refracted beam (Larawan 23.6, b).

Ang bawat lens ay may dalawang foci na matatagpuan sa magkabilang gilid nito. Ang distansya mula sa focus hanggang sa gitna ng lens ay tinatawag pangunahing haba ng focal(f).

kanin. 23.6. Pokus ng converging (a) at diverging (b) lens

Sa mga pormula ng pagkalkula, ang f ay kinukuha na may "+" na sign para sa pagtitipon lens at may "-" sign para sa nakakalat mga lente.

Ang reciprocal ng focal length ay tinatawag optical power ng lens: D = 1/f. Yunit ng optical power - diopter(dptr). Ang 1 diopter ay ang optical power ng isang lens na may focal length na 1 m.

optical power manipis na lente at Focal length depende sa radii ng mga sphere at ang refractive index ng lens substance na nauugnay sa kapaligiran:

kung saan R 1 , R 2 - radii ng curvature ng mga ibabaw ng lens; n ay ang refractive index ng lens substance na may kaugnayan sa kapaligiran; ang "+" sign ay kinuha para sa matambok ibabaw, at ang tanda na "-" - para sa malukong. Ang isa sa mga ibabaw ay maaaring patag. Sa kasong ito, kunin ang R = ∞ , 1/R = 0.

Ang mga lente ay ginagamit upang kumuha ng mga larawan. Isaalang-alang ang isang bagay na matatagpuan patayo sa optical axis ng converging lens, at bumuo ng isang imahe ng itaas na punto nito A. Ang imahe ng buong bagay ay magiging patayo din sa axis ng lens. Depende sa posisyon ng bagay na may kaugnayan sa lens, posible ang dalawang kaso ng repraksyon ng mga sinag, na ipinapakita sa Fig. 23.7.

1. Kung ang distansya mula sa bagay hanggang sa lens ay lumampas sa focal length f, kung gayon ang mga sinag na ibinubuga ng punto A, pagkatapos na dumaan sa lens bumalandra sa punto A, na tinatawag na aktwal na imahe. Ang aktwal na imahe ay nakuha baliktad.

2. Kung ang distansya mula sa bagay patungo sa lens ay mas mababa sa focal length f, kung gayon ang mga sinag na ibinubuga ng punto A, pagkatapos na dumaan sa lens lahi-

kanin. 23.7. Mga totoong (a) at haka-haka (b) na mga imahe na ibinigay ng isang converging lens

maglakad-lakad at sa puntong A" nagsalubong ang kanilang mga extension. Tinatawag itong puntong ito haka-haka na imahe. Ang haka-haka na imahe ay nakuha direkta.

Ang isang diverging lens ay nagbibigay ng isang virtual na imahe ng isang bagay sa lahat ng mga posisyon nito (Larawan 23.8).

kanin. 23.8. Virtual na imahe na ibinigay ng isang diverging lens

Upang kalkulahin ang imahe ay ginagamit Formula ng lens, na nagtatatag ng koneksyon sa pagitan ng mga probisyon puntos at siya Mga larawan

kung saan ang f ay ang focal length (para sa isang diverging lens ito negatibo) a 1 - distansya mula sa bagay hanggang sa lens; a 2 ay ang distansya mula sa imahe sa lens (ang "+" sign ay kinuha para sa isang tunay na imahe, at ang "-" sign para sa isang virtual na imahe).

kanin. 23.9. Mga Opsyon sa Formula ng Lens

Ang ratio ng laki ng isang imahe sa laki ng isang bagay ay tinatawag linear na pagtaas:

Ang linear na pagtaas ay kinakalkula ng formula k = a 2 / a 1. lens (kahit manipis) ay magbibigay ng "tamang" imahe, pagsunod formula ng lens, lamang kung ang mga sumusunod na kondisyon ay natutugunan:

Ang refractive index ng isang lens ay hindi nakadepende sa wavelength ng liwanag, o sapat na ang liwanag monochromatic.

Kapag gumagamit ng mga lente ng imaging totoo mga paksa, ang mga paghihigpit na ito, bilang panuntunan, ay hindi natutugunan: mayroong pagpapakalat; ilang mga punto ng bagay ay namamalagi palayo sa optical axis; ang insidente light beams ay hindi paraxial, ang lens ay hindi manipis. Ang lahat ng ito ay humahantong sa pagbaluktot mga larawan. Upang mabawasan ang pagbaluktot, ang mga lente ng mga optical na instrumento ay gawa sa ilang mga lente na matatagpuan malapit sa isa't isa. Ang optical power ng naturang lens ay katumbas ng kabuuan ng optical powers ng lens:

23.4. Mga aberasyon ng lens

mga aberasyon ay isang pangkalahatang pangalan para sa mga error sa imahe na nangyayari kapag gumagamit ng mga lente. mga aberasyon (mula sa Latin na "aberratio"- deviation), na lumilitaw lamang sa di-monochromatic na ilaw, ay tinatawag chromatic. Ang lahat ng iba pang mga uri ng aberrations ay monochromatic dahil ang kanilang pagpapakita ay hindi nauugnay sa kumplikadong parang multo na komposisyon ng tunay na liwanag.

1. Spherical aberration- monochromatic pagkaligaw dahil sa katotohanan na ang mga sukdulan (peripheral) na bahagi ng lens ay lumilihis ng mga sinag na nagmumula sa isang puntong pinagmulan nang mas malakas kaysa sa gitnang bahagi nito. Bilang resulta, ang paligid at gitnang mga rehiyon ng lens ay bumubuo ng iba't ibang mga imahe (S 2 at S "2, ayon sa pagkakabanggit) ng isang point source S 1 (Fig. 23.10). Samakatuwid, sa anumang posisyon ng screen, ang imahe dito ay nakuha sa anyo ng isang maliwanag na lugar.

Ang ganitong uri ng aberration ay inaalis sa pamamagitan ng paggamit ng concave at convex lens system.

kanin. 23.10. Spherical aberration

2. Astigmatism- monochromatic aberration, na binubuo sa katotohanan na ang imahe ng isang punto ay may anyo ng isang elliptical spot, na, sa ilang mga posisyon ng eroplano ng imahe, ay bumababa sa isang segment.

Astigmatism oblique beams nagpapakita ng sarili kapag ang mga sinag na nagmumula sa isang punto ay gumagawa ng mga makabuluhang anggulo sa optical axis. Sa Figure 23.11, ang isang point source ay matatagpuan sa pangalawang optical axis. Sa kasong ito, lumilitaw ang dalawang larawan sa anyo ng mga segment ng mga tuwid na linya na matatagpuan patayo sa bawat isa sa mga eroplano I at II. Ang imahe ng pinagmulan ay maaari lamang makuha sa anyo ng isang malabong lugar sa pagitan ng mga eroplano I at II.

Astigmatism dahil sa kawalaan ng simetrya optical system. Ang ganitong uri ng astigmatism ay nangyayari kapag ang simetrya ng optical system na may paggalang sa sinag ng liwanag ay nasira dahil sa istraktura ng system mismo. Sa aberration na ito, ang mga lente ay lumilikha ng isang imahe kung saan ang mga contour at linya na naka-orient sa iba't ibang direksyon ay may iba't ibang sharpness. Ito ay sinusunod sa mga cylindrical lens (Larawan 23.11, b).

Ang isang cylindrical lens ay bumubuo ng isang linear na imahe ng isang point object.

kanin. 23.11. Astigmatism: pahilig na mga beam (a); dahil sa cylindricity ng lens (b)

Sa mata, ang astigmatism ay nabuo kapag may kawalaan ng simetrya sa curvature ng lens at cornea system. Upang iwasto ang astigmatism, ginagamit ang mga baso na may iba't ibang kurbada sa iba't ibang direksyon.

3. Distortion(distortion). Kapag ang mga sinag na ipinadala ng bagay ay gumawa ng isang malaking anggulo sa optical axis, isa pang uri ang matatagpuan monochromatic mga aberasyon - pagbaluktot. Sa kasong ito, ang geometric na pagkakatulad sa pagitan ng bagay at ng imahe ay nilabag. Ang dahilan ay na sa katotohanan ang linear magnification na ibinigay ng lens ay nakasalalay sa anggulo ng saklaw ng mga sinag. Bilang resulta, ang parisukat na grid na imahe ay tumatagal ng alinman unan-, o hugis bariles view (Larawan 23.12).

Upang labanan ang pagbaluktot, pipiliin ang isang sistema ng lens na may kabaligtaran na pagbaluktot.

kanin. 23.12. Distortion: a - pincushion, b - bariles

4. Chromatic aberration nagpapakita mismo sa katotohanan na ang isang sinag ng puting liwanag na nagmumula sa isang punto ay nagbibigay ng imahe nito sa anyo ng isang bilog na bahaghari, ang mga violet ray ay bumalandra nang mas malapit sa lens kaysa sa mga pula (Larawan 23.13).

Ang dahilan ng chromatic aberration ay ang pagdepende ng refractive index ng isang substance sa wavelength ng liwanag ng insidente (dispersion). Upang iwasto ang aberration na ito sa optika, ang mga lente na gawa sa mga baso na may iba't ibang dispersion (achromats, apochromats) ay ginagamit.

kanin. 23.13. Chromatic aberration

23.5. Mga pangunahing konsepto at pormula

Pagpapatuloy ng talahanayan

Dulo ng mesa

23.6. Mga gawain

1. Bakit kumikinang ang mga bula ng hangin sa tubig?

Sagot: dahil sa pagmuni-muni ng liwanag sa interface ng tubig-hangin.

2. Bakit tila pinalaki ang isang kutsara sa isang baso ng tubig na may manipis na pader?

Sagot: Ang tubig sa salamin ay gumaganap bilang isang cylindrical converging lens. Nakikita namin ang isang haka-haka na pinalaki na imahe.

3. Ang optical power ng lens ay 3 diopters. Ano ang focal length ng lens? Ipahayag ang iyong sagot sa cm.

Desisyon

D \u003d 1 / f, f \u003d 1 / D \u003d 1/3 \u003d 0.33 m. Sagot: f = 33 cm.

4. Ang focal length ng dalawang lens ay pantay, ayon sa pagkakabanggit: f = +40 cm, f 2 = -40 cm. Hanapin ang kanilang optical powers.

6. Paano mo matutukoy ang focal length ng isang converging lens sa maaliwalas na panahon?

Desisyon

Ang distansya mula sa Araw hanggang sa Earth ay napakalaki na ang lahat ng mga sinag na bumabagsak sa lens ay parallel sa bawat isa. Kung nakakuha ka ng imahe ng Araw sa screen, ang distansya mula sa lens hanggang sa screen ay magiging katumbas ng focal length.

7. Para sa isang lens na may focal length na 20 cm, hanapin ang mga distansya sa bagay kung saan ang linear size ng totoong imahe ay: a) dalawang beses na mas malaki kaysa sa laki ng bagay; b) katumbas ng laki ng bagay; c) kalahati ng laki ng bagay.

8. Ang optical power ng lens para sa isang taong may normal na paningin ay 25 diopters. Repraktibo index 1.4. Kalkulahin ang radii ng curvature ng lens kung alam na ang isang radius ng curvature ay dalawang beses sa isa.

Una, magpantasya tayo ng kaunti. Isipin ang isang mainit na araw ng tag-araw BC, ang isang primitive na tao ay nangangaso ng isda gamit ang isang sibat. Napansin niya ang kanyang posisyon, naglalayon at humampas sa hindi malamang dahilan kung saan nakikita ang isda. Naiwan? Hindi, nasa kamay ng mangingisda ang biktima! Ang bagay ay ang ating ninuno ay madaling maunawaan ang paksang pag-aaralan natin ngayon. Sa pang-araw-araw na buhay, nakikita natin na ang isang kutsarang inilubog sa isang baso ng tubig ay lumilitaw na baluktot, kapag tumingin tayo sa isang garapon, ang mga bagay ay lumilitaw na baluktot. Isasaalang-alang natin ang lahat ng tanong na ito sa aralin, na ang tema ay: “Refraction of light. Ang batas ng repraksyon ng liwanag. Kabuuang panloob na pagmuni-muni.

Sa nakaraang mga aralin, pinag-usapan natin ang kapalaran ng isang sinag sa dalawang kaso: ano ang mangyayari kung ang isang sinag ng liwanag ay lumaganap sa isang transparent na homogenous na daluyan? Ang tamang sagot ay kakalat ito sa isang tuwid na linya. At ano ang mangyayari kapag ang isang sinag ng liwanag ay bumagsak sa interface sa pagitan ng dalawang media? Sa huling aralin na pinag-usapan natin ang sinasalamin na sinag, ngayon ay isasaalang-alang natin ang bahagi ng sinag ng liwanag na hinihigop ng daluyan.

Ano ang magiging kapalaran ng sinag na tumagos mula sa unang optically transparent medium hanggang sa pangalawang optically transparent medium?

kanin. 1. Repraksyon ng liwanag

Kung ang sinag ay bumagsak sa interface sa pagitan ng dalawang transparent na media, kung gayon ang bahagi ng liwanag na enerhiya ay babalik sa unang daluyan, na lumilikha ng isang sinasalamin na sinag, at ang iba pang bahagi ay pumasa sa loob sa pangalawang daluyan at, bilang panuntunan, ay nagbabago ng direksyon nito.

Ang pagbabago sa direksyon ng pagpapalaganap ng liwanag sa kaso ng pagpasa nito sa pamamagitan ng interface sa pagitan ng dalawang media ay tinatawag repraksyon ng liwanag(Larawan 1).

kanin. 2. Anggulo ng saklaw, repraksyon at pagmuni-muni

Sa Figure 2, nakikita natin ang isang sinag ng insidente, ang anggulo ng saklaw ay ilalarawan ng α. Ang sinag na magtatakda ng direksyon ng refracted beam ng liwanag ay tatawaging refracted beam. Ang anggulo sa pagitan ng patayo sa interface sa pagitan ng media, na naibalik mula sa punto ng saklaw, at ang refracted beam ay tinatawag na anggulo ng repraksyon, sa figure na ito ang anggulo γ. Upang makumpleto ang larawan, nagbibigay din kami ng isang imahe ng sinasalamin na sinag at, nang naaayon, ang anggulo ng pagmuni-muni β. Ano ang kaugnayan sa pagitan ng anggulo ng saklaw at ang anggulo ng repraksyon, posible bang mahulaan, alam ang anggulo ng saklaw at mula sa aling daluyan ang sinag ay dumaan kung saan, ano ang magiging anggulo ng repraksyon? Kaya mo pala!

Kumuha kami ng batas na naglalarawan sa dami ng kaugnayan sa pagitan ng anggulo ng saklaw at anggulo ng repraksyon. Gamitin natin ang prinsipyo ng Huygens, na kumokontrol sa pagpapalaganap ng alon sa isang daluyan. Ang batas ay binubuo ng dalawang bahagi.

Ang sinag ng insidente, ang refracted ray at ang perpendicular na naibalik sa punto ng insidente ay nasa parehong eroplano..

Ang ratio ng sine ng anggulo ng saklaw sa sine ng anggulo ng repraksyon ay isang pare-parehong halaga para sa dalawang ibinigay na media at katumbas ng ratio ng mga bilis ng liwanag sa media na ito.

Ang batas na ito ay tinatawag na batas ni Snell, pagkatapos ng Dutch scientist na unang bumalangkas nito. Ang dahilan ng repraksyon ay ang pagkakaiba sa bilis ng liwanag sa iba't ibang media. Maaari mong i-verify ang bisa ng batas ng repraksyon sa pamamagitan ng eksperimentong pagdidirekta ng sinag ng liwanag sa magkaibang anggulo sa interface sa pagitan ng dalawang media at pagsukat ng mga anggulo ng saklaw at repraksyon. Kung babaguhin natin ang mga anggulong ito, sukatin ang mga sine at hanapin ang mga ratios ng mga sine ng mga anggulong ito, makukumbinsi tayo na ang batas ng repraksyon ay talagang wasto.

Ang katibayan ng batas ng repraksyon gamit ang prinsipyo ng Huygens ay isa pang kumpirmasyon ng likas na alon ng liwanag.

Ang relative refractive index n 21 ay nagpapakita kung gaano karaming beses ang bilis ng liwanag V 1 sa unang daluyan ay naiiba sa bilis ng liwanag V 2 sa pangalawang daluyan.

Ang relative refractive index ay isang malinaw na pagpapakita ng katotohanan na ang dahilan ng pagbabago sa direksyon ng liwanag kapag lumilipat mula sa isang daluyan patungo sa isa pa ay ang magkaibang bilis ng liwanag sa dalawang media. Ang terminong "optical density ng isang medium" ay kadalasang ginagamit upang makilala ang mga optical na katangian ng isang medium (Larawan 3).

kanin. 3. Optical density ng medium (α > γ)

Kung ang sinag ay pumasa mula sa isang daluyan na may mas mataas na bilis ng liwanag patungo sa isang daluyan na may mas mababang bilis ng liwanag, kung gayon, tulad ng makikita mula sa Figure 3 at ang batas ng repraksyon ng liwanag, ito ay pinindot laban sa patayo, iyon ay. , ang anggulo ng repraksyon ay mas mababa kaysa sa anggulo ng saklaw. Sa kasong ito, ang sinag ay sinasabing lumipas mula sa isang hindi gaanong siksik na optical medium patungo sa isang mas optically siksik na medium. Halimbawa: mula sa hangin hanggang sa tubig; mula sa tubig hanggang sa baso.

Posible rin ang baligtad na sitwasyon: ang bilis ng liwanag sa unang daluyan ay mas mababa kaysa sa bilis ng liwanag sa pangalawang daluyan (Larawan 4).

kanin. 4. Optical density ng medium (α< γ)

Kung gayon ang anggulo ng repraksyon ay magiging mas malaki kaysa sa anggulo ng saklaw, at ang gayong paglipat ay masasabing gagawin mula sa isang optically denser patungo sa isang hindi gaanong optically dense medium (mula sa salamin hanggang sa tubig).

Ang optical density ng dalawang media ay maaaring magkaiba nang malaki, kaya ang sitwasyong ipinapakita sa litrato (Larawan 5) ay nagiging posible:

kanin. 5. Ang pagkakaiba sa pagitan ng optical density ng media

Bigyang-pansin kung paano inilipat ang ulo na may kaugnayan sa katawan, na nasa likido, sa isang daluyan na may mas mataas na optical density.

Gayunpaman, ang kamag-anak na refractive index ay hindi palaging isang maginhawang katangian para sa trabaho, dahil ito ay nakasalalay sa bilis ng liwanag sa una at pangalawang media, ngunit maaaring mayroong maraming mga kumbinasyon at kumbinasyon ng dalawang media (tubig - hangin, salamin. - brilyante, gliserin - alkohol , baso - tubig at iba pa). Ang mga talahanayan ay magiging napakahirap, ito ay hindi maginhawa upang gumana, at pagkatapos ay ipinakilala ang isang ganap na kapaligiran, kung ihahambing sa kung saan ang bilis ng liwanag sa ibang mga kapaligiran ay inihambing. Napili ang vacuum bilang absolute at ang mga bilis ng liwanag ay inihambing sa bilis ng liwanag sa vacuum.

Ganap na refractive index ng daluyan n- ito ay isang halaga na nagpapakilala sa optical density ng medium at katumbas ng ratio ng bilis ng liwanag Sa sa vacuum sa bilis ng liwanag sa isang naibigay na daluyan.

Ang absolute refractive index ay mas maginhawa para sa trabaho, dahil lagi nating alam ang bilis ng liwanag sa vacuum, ito ay katumbas ng 3·10 8 m/s at isang unibersal na pisikal na pare-pareho.

Ang absolute refractive index ay nakasalalay sa mga panlabas na parameter: temperatura, density, at gayundin sa wavelength ng liwanag, kaya ang mga talahanayan ay karaniwang nagpapahiwatig ng average na refractive index para sa isang naibigay na hanay ng wavelength. Kung ihahambing natin ang mga refractive index ng hangin, tubig at salamin (Larawan 6), makikita natin na ang refractive index ng hangin ay malapit sa pagkakaisa, kaya kukunin natin ito bilang isang yunit kapag nilulutas ang mga problema.

kanin. 6. Talaan ng absolute refractive index para sa iba't ibang media

Madaling makuha ang ugnayan sa pagitan ng absolute at relative refractive index ng media.

Ang relative refractive index, iyon ay, para sa isang beam na dumadaan mula sa medium one hanggang medium two, ay katumbas ng ratio ng absolute refractive index sa pangalawang medium sa absolute refractive index sa unang medium.

Halimbawa: = ≈ 1,16

Kung ang absolute refractive index ng dalawang media ay halos magkapareho, nangangahulugan ito na ang relative refractive index sa panahon ng paglipat mula sa isang medium patungo sa isa pa ay magiging katumbas ng pagkakaisa, ibig sabihin, ang light beam ay hindi talaga mababago. Halimbawa, kapag dumadaan mula sa anise oil patungo sa isang hiyas, ang beryl ay halos hindi lumihis ng liwanag, iyon ay, ito ay kikilos tulad ng ginagawa nito kapag dumaan sa anise oil, dahil ang kanilang refractive index ay 1.56 at 1.57, ayon sa pagkakabanggit, kaya ang hiyas ay maaaring maging kung paano itago sa isang likido, hindi ito makikita.

Kung ibubuhos mo ang tubig sa isang transparent na baso at titingnan ang dingding ng salamin sa liwanag, pagkatapos ay makikita natin ang isang kulay-pilak na ningning ng ibabaw dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng kabuuang panloob na pagmuni-muni, na tatalakayin ngayon. Kapag ang isang light beam ay dumaan mula sa isang mas siksik na optical medium patungo sa isang hindi gaanong siksik na optical medium, isang kawili-wiling epekto ang maaaring maobserbahan. Para sa katiyakan, ipagpalagay natin na ang liwanag ay napupunta mula sa tubig patungo sa hangin. Ipagpalagay natin na mayroong isang puntong pinagmumulan ng liwanag S sa lalim ng reservoir, na nagpapalabas ng mga sinag sa lahat ng direksyon. Halimbawa, ang isang maninisid ay nagpapakinang ng flashlight.

Ang beam SO 1 ay nahuhulog sa ibabaw ng tubig sa pinakamaliit na anggulo, ang sinag na ito ay bahagyang na-refracted - sinag O 1 A 1 at bahagyang nasasalamin pabalik sa tubig - sinag O 1 B 1. Kaya, ang bahagi ng enerhiya ng sinag ng insidente ay inililipat sa refracted beam, at ang natitirang bahagi ng enerhiya ay inililipat sa sinasalamin na sinag.

kanin. 7. Kabuuang panloob na pagmuni-muni

Ang Beam SO 2, na ang anggulo ng saklaw ay mas malaki, ay nahahati din sa dalawang beam: refracted at reflected, ngunit ang enerhiya ng orihinal na beam ay ipinamamahagi sa pagitan ng mga ito sa ibang paraan: ang refracted beam O 2 A 2 ay magiging dimmer kaysa sa beam O 1 A 1, iyon ay, makakatanggap ito ng mas maliit na bahagi ng enerhiya, at ang nakalarawan na beam O 2 V 2, ayon sa pagkakabanggit, ay magiging mas maliwanag kaysa sa beam O 1 V 1, iyon ay, makakatanggap ito ng mas malaking bahagi ng enerhiya. Habang tumataas ang anggulo ng saklaw, ang parehong regularidad ay sinusubaybayan - tumataas na bahagi ng enerhiya ng sinag ng insidente ang napupunta sa sinasalamin na sinag at ang isang mas maliit na bahagi sa refracted beam. Ang refracted beam ay nagiging dimmer at sa ilang mga punto ay ganap na nawawala, ang pagkawalang ito ay nangyayari kapag ang anggulo ng saklaw ay naabot, na tumutugma sa isang anggulo ng repraksyon na 90 0 . Sa sitwasyong ito, ang refracted beam OA ay kailangang pumunta parallel sa ibabaw ng tubig, ngunit walang mapupuntahan - lahat ng enerhiya ng incident beam SO ay ganap na napunta sa reflected beam OB. Naturally, na may karagdagang pagtaas sa anggulo ng saklaw, ang refracted beam ay mawawala. Ang inilarawan na kababalaghan ay kabuuang panloob na pagmuni-muni, iyon ay, ang isang mas siksik na optical medium sa itinuturing na mga anggulo ay hindi naglalabas ng mga sinag mula sa sarili nito, lahat sila ay makikita sa loob nito. Ang anggulo kung saan nangyayari ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay tinatawag nililimitahan ang anggulo ng kabuuang panloob na pagmuni-muni.

Ang halaga ng paglilimita ng anggulo ay madaling mahanap mula sa batas ng repraksyon:

= => = arcsin, para sa tubig ≈ 49 0

Ang pinaka-kawili-wili at tanyag na aplikasyon ng kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay ang tinatawag na waveguides, o fiber optics. Ito mismo ang paraan ng pagbibigay ng senyas na ginagamit ng mga modernong kumpanya ng telekomunikasyon sa Internet.

Nakuha namin ang batas ng repraksyon ng liwanag, ipinakilala ang isang bagong konsepto - kamag-anak at ganap na mga indeks ng repraktibo, at naisip din ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni at mga aplikasyon nito, tulad ng fiber optics. Maaari mong pagsamahin ang kaalaman sa pamamagitan ng pagsusuri sa mga nauugnay na pagsubok at simulator sa seksyon ng aralin.

Kunin natin ang patunay ng batas ng repraksyon ng liwanag gamit ang prinsipyo ng Huygens. Mahalagang maunawaan na ang sanhi ng repraksyon ay ang pagkakaiba sa bilis ng liwanag sa dalawang magkaibang media. Tukuyin natin ang bilis ng liwanag sa unang daluyan V 1 , at sa pangalawang daluyan - V 2 (Larawan 8).

kanin. 8. Katibayan ng batas ng repraksyon ng liwanag

Hayaang bumagsak ang liwanag ng eroplano sa isang patag na interface sa pagitan ng dalawang media, halimbawa, mula sa hangin patungo sa tubig. Ang ibabaw ng alon AC ay patayo sa mga sinag at , ang interface sa pagitan ng media MN ay unang umabot sa sinag , at ang sinag ay umabot sa parehong ibabaw pagkatapos ng agwat ng oras ∆t, na magiging katumbas ng landas na SW na hinati sa bilis ng liwanag sa unang midyum.

Samakatuwid, sa sandaling ang pangalawang alon sa punto B ay nagsisimula lamang na maging excited, ang alon mula sa punto A ay mayroon nang anyo ng isang hemisphere na may radius AD, na katumbas ng bilis ng liwanag sa pangalawang daluyan ng ∆t: AD = ∆t, iyon ay, ang prinsipyo ng Huygens sa visual na aksyon . Ang ibabaw ng alon ng isang refracted wave ay maaaring makuha sa pamamagitan ng pagguhit ng isang surface tangent sa lahat ng pangalawang alon sa pangalawang daluyan, ang mga sentro nito ay namamalagi sa interface sa pagitan ng media, sa kasong ito ito ay ang eroplano BD, ito ay ang sobre ng ang pangalawang alon. Ang anggulo ng saklaw na α ng beam ay katumbas ng anggulo ng CAB sa tatsulok na ABC, ang mga gilid ng isa sa mga anggulong ito ay patayo sa mga gilid ng isa. Samakatuwid, ang SW ay magiging katumbas ng bilis ng liwanag sa unang daluyan ng ∆t

CB = ∆t = AB kasalanan α

Sa turn, ang anggulo ng repraksyon ay magiging katumbas ng anggulo ng ABD sa tatsulok na ABD, samakatuwid:

AD = ∆t = AB sin γ

Ang paghahati ng mga termino ng expression sa pamamagitan ng termino, nakukuha natin:

n ay isang pare-parehong halaga na hindi nakasalalay sa anggulo ng saklaw.

Nakuha namin ang batas ng repraksyon ng liwanag, ang sine ng anggulo ng saklaw sa sine ng anggulo ng repraksyon ay isang pare-parehong halaga para sa ibinigay na dalawang media at katumbas ng ratio ng mga bilis ng liwanag sa dalawang ibinigay na media.

Ang isang kubiko na sisidlan na may mga opaque na pader ay matatagpuan sa paraang hindi nakikita ng mata ng tagamasid ang ilalim nito, ngunit ganap na nakikita ang dingding ng sisidlan ng CD. Gaano karaming tubig ang dapat ibuhos sa sisidlan upang makita ng nagmamasid ang bagay na F, na matatagpuan sa layo na b = 10 cm mula sa sulok D? Ang gilid ng sisidlan α = 40 cm (Larawan 9).

Ano ang napakahalaga sa paglutas ng problemang ito? Hulaan na dahil ang mata ay hindi nakikita ang ilalim ng sisidlan, ngunit nakikita ang matinding punto ng gilid ng dingding, at ang sisidlan ay isang kubo, kung gayon ang anggulo ng saklaw ng sinag sa ibabaw ng tubig kapag ibuhos natin ito ay maging katumbas ng 450.

kanin. 9. Ang gawain ng pagsusulit

Ang sinag ay bumagsak sa punto F, na nangangahulugan na malinaw na nakikita natin ang bagay, at ang itim na tuldok na linya ay nagpapakita ng takbo ng sinag kung walang tubig, iyon ay, patungo sa D. Mula sa tatsulok na NFC, ang padaplis ng anggulo Ang β, ang tangent ng anggulo ng repraksyon, ay ang ratio ng kabaligtaran na binti sa katabi o, batay sa figure, h minus b na hinati ng h.

tg β = = , h ay ang taas ng likido na aming ibinuhos;

Ang pinaka matinding kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay ginagamit sa fiber optic system.

kanin. 10. Fiber optics

Kung ang isang sinag ng liwanag ay nakadirekta sa dulo ng isang solidong glass tube, pagkatapos pagkatapos ng maramihang kabuuang panloob na pagmuni-muni ang sinag ay lalabas mula sa tapat na bahagi ng tubo. Lumalabas na ang glass tube ay isang conductor ng isang light wave o isang waveguide. Mangyayari ito kung ang tubo ay tuwid o hubog (Figure 10). Ang mga unang light guide, ito ang pangalawang pangalan ng wave guides, ay ginamit upang ipaliwanag ang mga lugar na mahirap abutin (sa panahon ng medikal na pananaliksik, kapag ang ilaw ay ibinibigay sa isang dulo ng light guide, at ang kabilang dulo ay nag-iilaw sa tamang lugar) . Ang pangunahing aplikasyon ay gamot, defectoscopy ng mga motor, gayunpaman, ang mga naturang waveguides ay pinaka-malawak na ginagamit sa mga sistema ng paghahatid ng impormasyon. Ang dalas ng carrier ng isang light wave ay isang milyong beses ang dalas ng isang signal ng radyo, na nangangahulugan na ang dami ng impormasyon na maaari naming ipadala gamit ang isang light wave ay milyon-milyong beses na mas malaki kaysa sa dami ng impormasyon na ipinadala ng mga radio wave. Ito ay isang magandang pagkakataon upang maihatid ang isang malaking halaga ng impormasyon sa isang simple at murang paraan. Bilang isang patakaran, ang impormasyon ay ipinadala sa isang fiber cable gamit ang laser radiation. Ang fiber optics ay kailangang-kailangan para sa mabilis at mataas na kalidad na paghahatid ng signal ng computer na naglalaman ng malaking halaga ng ipinadalang impormasyon. At sa puso ng lahat ng ito ay namamalagi tulad ng isang simple at karaniwang kababalaghan bilang ang repraksyon ng liwanag.

Bibliograpiya

Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Physics (basic level) - M.: Mnemozina, 2012.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Physics grade 10. - M.: Mnemosyne, 2014.
Kikoin I.K., Kikoin A.K. Physics - 9, Moscow, Edukasyon, 1990.

edu.glavsprav.ru ().
Nvtc.ee ().
Raal100.narod.ru ().
Optika.ucoz.ru ().

Takdang aralin

Tukuyin ang repraksyon ng liwanag.
Pangalanan ang dahilan ng repraksyon ng liwanag.
Pangalanan ang pinakasikat na mga aplikasyon ng kabuuang panloob na pagmuni-muni.

Portal para sa mag-aaral. Pagsasanay sa sarili