Закон преломления света позволяет объяснить интересное и практически важное явление – полное отражение света. при прохождении света из оптически менее плотной среды в более плотную, например из воздуха в стекло или воду, u1> u2; и согласно закону преломления (1.4) показатель преломления n> 1, поэтому a> b (рис. 10, a): преломленный луч приближается к перпендикуляру к границе раздела сред. если направить луч света в обратном направлении – из оптически более плотной среды в оптически менее плотную вдоль бывшего преломленного луча (рис. 10, б) , то закон преломления запишется так: (1.8) преломленный луч по выходе из оптически более плотной среды пойдет по линии бывшего луча, поэтому a< b, т. е. преломленный луч отклоняется от перпендикуляра. по мере увеличения угла a угол преломления b растет, оставаясь всё время больше угла a. наконец, при некотором угле падения значение угла преломления приблизится к 90° и преломленный луч пойдет почти по границе раздела сред (рис. 11). наибольшему возможному углу преломления b=90° соответствует угол паления a0. при падении света на границу двух сред световой луч, как об этом уже упоминалось, частично преломляется, а частично отражается от нее. при a> a0преломление света невозможно. значит, луч должен полностью отразиться. это явление и называется полным отражением света. для наблюдения полного отражения можно использовать стеклянный полуцилиндр с матовой задней поверхностью. полуцилиндр закрепляют на диске так, чтобы середина плоской поверхности полуцилиндра совпадала с центром диска (рис. 12). узкий пучок света от осветителя направляют снизу на боковую поверхность полуцилиндра перпендикулярно его поверхности. на этой поверхности луч не преломляется. на плоской поверхности луч частично преломляется и частично отражается. отражение происходит в соответствии с законом отражения, a преломление – в соответствии с законом преломления (1.4). если увеличивать угол падения, то можно заметить, что яркость (и следовательно, энергия) отраженного пучка растет, в то время как яркость (энергия) преломленного пучка падает. особенно быстро убывает энергия преломленного пучка, когда угол преломления приближается к 90°. наконец, когда угол падения становится таким, что преломленный пучок идет вдоль границы раздела (см. рис. 11), доля отраженной энергии составляет почти 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, соответствующий углу преломления 90°, называют 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 равным 48°35', для стекла (n=1,5) он принимает значение 41°51', а для алмаза (n=2,42) этот угол составляет 24°40'. во всех случаях второй средой является воздух. явление полного отражения легко наблюдать на простом опыте. нальем в стакан водуи поднимем его несколько выше уровня глаз. поверхность воды при рассматривании ее снизу сквозь стенку кажется блестящей, словно посеребренной вследствие полного отражения света. полное отражение используют 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 меньшим, чем у волокна, показателем преломления. за счет многократного полного отражения свет может быть направлен по любому (прямому или изогнутому) пути по мере улучшения технологии изготовления длинных пучков волокон – световодов все шире начинает применяться связь (в том числе и телевизионная) с световых лучей.
Спасибо
Популярные вопросы