Предельный угол преломления при прохождении светового луча из некой прозрачной среды

Закон преломления света дозволяет разъяснить занимательное и фактически главное явление полное отражение света.

При прохождении света из оптически наименее плотной среды в более плотную, к примеру из воздуха в стекло либо воду, u1gt;u2; и согласно закону преломления (1.4) показатель преломления ngt;1, потому agt;b (рис. 10, a): преломленный луч приближается к перпендикуляру к границе раздела сред.

Если навести луч света в оборотном направлении из оптически более плотной среды в оптически наименее плотную вдоль прежнего преломленного луча (рис. 10, б) , то закон преломления запишется так:

(1.8)

Преломленный луч по выходе из оптически более плотной среды пойдет по линии прежнего падающего луча, потому alt; b, т. е. преломленный луч отклоняется от перпендикуляра. По мере роста угла a угол преломления b вырастает, оставаясь всё время больше угла a. В конце концов, при неком угле падения значение угла преломления приблизится к 90 и преломленный луч пойдет практически по границе раздела сред (рис. 11). Величайшему вероятному углу преломления b=90 соответствует угол паления a0.
При падении света на границу 2-ух сред световой луч, как об этом теснее упоминалось, частично преломляется, а отчасти отражается от нее. При agt;a0преломление света невероятно. Означает, луч обязан полностью отразиться. Это явление и величается полным отражением света.

Для наблюдения полного отражения можно использовать стеклянный полуцилиндр с матовой задней поверхностью. Полуцилиндр закрепляют на диске так, чтоб середина плоской поверхности полуцилиндра совпадала с центром диска (рис. 12). Узкий пучок света от осветителя обращают снизу на боковую поверхность полуцилиндра перпендикулярно его поверхности. На этой поверхности луч не преломляется. На плоской поверхности луч отчасти преломляется и отчасти отражается. Отражение происходит в соответствии с законом отражения, a преломление в соответствии с законом преломления (1.4).

Если наращивать угол падения, то можно заметить, что яркость (и как следует, энергия) отраженного пучка вырастает, в то время как яркость (энергия) преломленного пучка падает. Необыкновенно прытко убывает энергия преломленного пучка, когда угол преломления приближается к 90. В конце концов, когда угол падения становится таким, что преломленный пучок идет вдоль границы раздела (см. рис. 11), толика отраженной энергии сочиняет практически 100%. Повернем осветитель, сделав угол паденияa большим a0. Мы увидим, что преломленный пучок исчез и весь свет отражается от границы раздела, т. е. происходит полное отражение света.

Угол паденияa0, подходящий углу преломления 90, именуют предельным углом полного отражения. При sinb=1 формула (1.8) принимает вид

(1.9)

Из этого равенства и может быть найдено значение предельного угла полного отражения a0. Для воды (n=1,33) он оказывается одинаковым 4835', для стекла (n=1,5) он воспринимает значение 4151', а для алмаза (n=2,42) этот угол сочиняет 2440'. Во всех случаях 2-ой средой является воздух.

Явление полного отражения просто следить на ординарном опыте. Нальем в стакан водуи поднимем его несколько выше уровня глаз. Поверхность воды при рассматривании ее снизу через стену кажется блестящей, будто посеребренной вследствие полного отражения света.

Полное отражение употребляют в так называемой волоконной оптике для передачи света и изображения по пучкам прозрачных гибких волокон световодов. Световод представляет собой стеклянное волокно цилиндрической формы, покрытое оболочкой из прозрачного материала с наименьшим, чем у волокна, показателем преломления. За счет неоднократного полного отражения свет может быть ориентирован по любому (прямому либо изогнутому) пути
По мере улучшения технологии производства длинноватых пучков волокон световодов все шире начинает применяться связь (в том числе и телевизионная) с поддержкою световых лучей.