Hvis n 1 >n 2 så >α, dvs. hvis lys går fra et medium som er optisk tettere til et medium som er optisk mindre tett, så er brytningsvinkelen større enn innfallsvinkelen (fig. 3)
Begrens innfallsvinkelen. Hvis α=α p,=90˚ og strålen vil gli langs luft-vann-grensesnittet.
Hvis α'>α p, vil lyset ikke gå inn i det andre gjennomsiktige mediet, fordi vil bli fullstendig reflektert. Dette fenomenet kalles fullstendig refleksjon av lys. Innfallsvinkelen αn, der den refrakterte strålen glir langs grensesnittet mellom media, kalles den begrensende vinkelen for total refleksjon.
Totalrefleksjon kan observeres i et likebenet rektangulært glassprisme (fig. 4), som er mye brukt i periskoper, kikkerter, refraktometre o.l.
a) Lys faller vinkelrett på den første flaten og gjennomgår derfor ikke refraksjon her (α=0 og =0). Innfallsvinkelen på den andre flaten er α=45˚, dvs.>α p, (for glass α p =42˚). Derfor reflekteres lyset fullstendig på dette ansiktet. Dette er et roterende prisme som roterer strålen 90˚.
b) I dette tilfellet opplever lyset inne i prismet allerede dobbel totalrefleksjon. Dette er også et roterende prisme som roterer strålen 180˚.
c) I dette tilfellet er prismet allerede reversert. Når strålene går ut av prismet, er de parallelle med de innfallende, men den øvre innfallende strålen blir den nedre, og den nedre blir den øvre.
Fenomenet total refleksjon har funnet bred teknisk anvendelse i lysledere.
Lyslederen er et stort antall tynne glassfilamenter, hvis diameter er omtrent 20 mikron, og lengden på hver er omtrent 1 m. Disse trådene er parallelle med hverandre og plassert tett (fig. 5)
Hver tråd er omgitt av et tynt skall av glass, hvis brytningsindeks er lavere enn selve tråden. Lyslederen har to ender de relative posisjonene til endene av gjengene i begge ender av lyslederen er strengt tatt de samme.
Hvis du plasserer et objekt i den ene enden av lyslederen og belyser det, vil et bilde av dette objektet vises i den andre enden av lyslederen.
Bildet er oppnådd på grunn av det faktum at lys fra et lite område av objektet kommer inn i enden av hver av trådene. Ved å oppleve mange totale refleksjoner kommer lyset ut fra den motsatte enden av tråden, og overfører refleksjonen til et gitt lite område av objektet.
Fordi arrangementet av trådene i forhold til hverandre er strengt tatt det samme, da vises det tilsvarende bildet av objektet i den andre enden. Klarheten til bildet avhenger av diameteren på trådene. Jo mindre diameteren på hver tråd er, desto klarere blir bildet av objektet. Tap av lysenergi langs banen til en lysstråle er vanligvis relativt små i bunter (fibre), siden med total refleksjon er refleksjonskoeffisienten relativt høy (~0,9999). Energitap er hovedsakelig forårsaket av absorpsjon av lys av stoffet inne i fiberen.
For eksempel, i den synlige delen av spekteret i en 1 m lang fiber, går 30-70 % av energien tapt (men i en bunt).
Derfor, for å overføre store lysstrømmer og opprettholde fleksibiliteten til det lysledende systemet, samles individuelle fibre i bunter (bunter) - lysledere
Lysledere er mye brukt i medisin for å belyse indre hulrom med kaldt lys og overføre bilder. Endoskop– en spesiell enhet for å undersøke indre hulrom (mage, endetarm, etc.). Ved hjelp av lysledere overføres laserstråling for terapeutiske effekter på svulster. Og den menneskelige netthinnen er et svært organisert fiberoptisk system som består av ~ 130x10 8 fibre.
Total intern refleksjon
Intern refleksjon- fenomenet refleksjon av elektromagnetiske bølger fra grensesnittet mellom to transparente medier, forutsatt at bølgen faller inn fra et medium med høyere brytningsindeks.
Ufullstendig intern refleksjon- indre refleksjon, forutsatt at innfallsvinkelen er mindre enn den kritiske vinkelen. I dette tilfellet deler strålen seg i brutt og reflektert.
Total intern refleksjon- indre refleksjon, forutsatt at innfallsvinkelen overstiger en viss kritisk vinkel. I dette tilfellet reflekteres den innfallende bølgen fullstendig, og verdien av refleksjonskoeffisienten overstiger de høyeste verdiene for polerte overflater. I tillegg er reflektansen til total intern refleksjon uavhengig av bølgelengden.
Dette optiske fenomenet er observert for et bredt spekter av elektromagnetisk stråling inkludert røntgenområdet.
Innenfor rammen av geometrisk optikk er forklaringen på fenomenet triviell: basert på Snells lov og tatt i betraktning at brytningsvinkelen ikke kan overstige 90°, får vi det ved en innfallsvinkel hvis sinus er større enn forholdet mellom mindre brytningsindeks til den større koeffisienten, må den elektromagnetiske bølgen reflekteres fullstendig inn i det første mediet.
I samsvar med bølgeteorien om fenomenet trenger den elektromagnetiske bølgen fortsatt inn i det andre mediet - den såkalte "ikke-uniforme bølgen" forplanter seg der, som forfaller eksponentielt og ikke bærer energi med seg. Den karakteristiske penetreringsdybden for en inhomogen bølge inn i det andre mediet er av størrelsesorden bølgelengden.
Total intern refleksjon av lys
La oss vurdere intern refleksjon ved å bruke eksemplet med to monokromatiske stråler som faller inn på grensesnittet mellom to medier. Strålene faller fra en sone med et mer tett medium (angitt i en mørkere blå farge) med en brytningsindeks til grensen med et mindre tett medium (angitt i en lyseblå farge) med en brytningsindeks.
Den røde strålen faller i en vinkel, det vil si ved grensen til mediet den deler seg - den brytes delvis og delvis reflektert. En del av strålen brytes i en vinkel.
Den grønne strålen faller og reflekteres fullstendig src="/pictures/wiki/files/100/d833a2d69df321055f1e0bf120a53eff.png" border="0">.
Total intern refleksjon i natur og teknologi
Røntgen refleksjon
Brytningen av røntgenstråler ved beiteinsidens ble først formulert av M. A. Kumakhov, som utviklet røntgenspeilet, og teoretisk underbygget av Arthur Compton i 1923.
Andre bølgefenomener
Demonstrasjon av brytning, og derfor effekten av total intern refleksjon, er mulig for eksempel for lydbølger på overflaten og i tykkelsen av en væske under overgangen mellom soner med forskjellig viskositet eller tetthet.
Fenomener som ligner effekten av total intern refleksjon av elektromagnetisk stråling observeres for stråler av langsomme nøytroner.
Hvis en vertikalt polarisert bølge faller inn på grensesnittet ved Brewster-vinkelen, vil effekten av fullstendig brytning bli observert - det vil ikke være noen reflektert bølge.
Notater
Wikimedia Foundation. 2010.
- Full pust
- Fullstendig endring
Se hva "Total intern refleksjon" er i andre ordbøker:
TOTAL INTERN REFLEKTION- refleksjon el. mag. stråling (spesielt lys) når det faller på grensesnittet mellom to transparente medier fra et medium med høy brytningsindeks. P.v. O. oppstår når innfallsvinkelen i overskrider en viss begrensende (kritisk) vinkel... Fysisk leksikon
Total intern refleksjon- Total intern refleksjon. Når lys passerer fra et medium med n1 > n2, oppstår total intern refleksjon hvis innfallsvinkelen a2 > apr; ved innfallsvinkel a1 Illustrated Encyclopedic Dictionary
Total intern refleksjon- refleksjon av optisk stråling (se optisk stråling) (lys) eller elektromagnetisk stråling fra et annet område (for eksempel radiobølger) når den faller på grensesnittet mellom to transparente medier fra et medium med høy brytningsindeks... ... Stor sovjetisk leksikon
TOTAL INTERN REFLEKTION- elektromagnetiske bølger, oppstår når de går fra et medium med stor brytningsindeks n1 til et medium med lavere brytningsindeks n2 ved en innfallsvinkel a som overstiger grensevinkelen apr, bestemt av forholdet sinapr=n2/n1. Full...... Moderne leksikon
TOTAL INTERN REFLEKTION- FULLSTENDIG INTERN REFLEKTION, REFLEKTION uten REFRAKTION av lys ved grensen. Når lys går fra et tettere medium (for eksempel glass) til et mindre tett medium (vann eller luft), er det en sone med brytningsvinkler der lyset ikke går gjennom grensen ... Vitenskapelig og teknisk encyklopedisk ordbok
total indre refleksjon- Refleksjon av lys fra et medium som er optisk mindre tett med fullstendig retur til mediet det faller fra. [Samling av anbefalte vilkår. Utgave 79. Fysisk optikk. USSRs vitenskapsakademi. Komiteen for vitenskapelig og teknisk terminologi. 1970] Emner … … Teknisk oversetterveiledning
TOTAL INTERN REFLEKTION- elektromagnetiske bølger oppstår når de faller skrått inn på grensesnittet mellom 2 medier, når stråling går fra et medium med stor brytningsindeks n1 til et medium med lavere brytningsindeks n2, og innfallsvinkelen i overskrider grensevinkelen. ... Stor encyklopedisk ordbok
total indre refleksjon- elektromagnetiske bølger, oppstår med skrå innfall på grensesnittet mellom 2 medier, når stråling går fra et medium med stor brytningsindeks n1 til et medium med lavere brytningsindeks n2, og innfallsvinkelen i overstiger grensevinkelen ipr .. . encyklopedisk ordbok
Vi påpekte i § 81 at når lys faller på grensesnittet mellom to medier, deles lysenergien i to deler: en del reflekteres, den andre delen trenger gjennom grensesnittet inn i det andre mediet. Ved å bruke eksempelet på overgangen av lys fra luft til glass, det vil si fra et medium som er optisk mindre tett til et medium som er optisk tettere, så vi at andelen reflektert energi avhenger av innfallsvinkelen. I dette tilfellet øker andelen av reflektert energi kraftig når innfallsvinkelen øker; men selv ved svært store innfallsvinkler, nær , når lysstrålen nesten glir langs grensesnittet, passerer fortsatt noe av lysenergien inn i det andre mediet (se §81, tabell 4 og 5).
Et nytt interessant fenomen oppstår hvis lys som forplanter seg i et hvilket som helst medium faller på grensesnittet mellom dette mediet og et medium som er optisk mindre tett, det vil si som har en lavere absolutt brytningsindeks. Også her øker andelen av reflektert energi med økende innfallsvinkel, men økningen følger en annen lov: fra en viss innfallsvinkel reflekteres all lysenergi fra grensesnittet. Dette fenomenet kalles total intern refleksjon.
La oss igjen vurdere, som i §81, lysinnfallet i grensesnittet mellom glass og luft. La en lysstråle falle fra glasset på grensesnittet ved forskjellige innfallsvinkler (fig. 186). Hvis vi måler brøkdelen av reflektert lysenergi og brøkdelen av lysenergien som passerer gjennom grensesnittet, får vi verdiene gitt i tabellen. 7 (glass, som i tabell 4, hadde en brytningsindeks).
Ris. 186. Total intern refleksjon: tykkelsen på strålene tilsvarer brøkdelen av lysenergien ladet eller passert gjennom grensesnittet
Innfallsvinkelen som all lysenergi reflekteres fra grensesnittet kalles den begrensende vinkelen for total intern refleksjon. For glasset som tabellen ble satt sammen for. 7 (), er begrensningsvinkelen ca.
Tabell 7. Fraksjoner av reflektert energi for ulike innfallsvinkler når lys går fra glass til luft
|
Innfallsvinkel |
|||||||||||||
|
Brytningsvinkel |
|||||||||||||
|
Prosent av reflektert energi (%) |
La oss merke seg at når lys faller inn på grensesnittet i en begrensende vinkel, er brytningsvinkelen lik , dvs. i formelen som uttrykker brytningsloven for dette tilfellet,
når vi må sette eller . Herfra finner vi
Ved innfallsvinkler større enn det er det ingen brutt stråle. Formelt følger dette av det faktum at ved innfallsvinkler som er store fra brytningsloven for, oppnås verdier større enn enhet, noe som åpenbart er umulig.
I tabellen Tabell 8 viser grensevinklene for total indre refleksjon for noen stoffer, hvis brytningsindekser er gitt i tabellen. 6. Det er lett å verifisere gyldigheten av relasjonen (84.1).
Tabell 8. Begrensningsvinkel for total indre refleksjon ved grensen mot luft
|
Substans Karbondisulfid |
Glass (tung flint) |
||
|
Glyserol |
Total intern refleksjon kan observeres ved grensen til luftbobler i vann. De skinner fordi sollyset som faller på dem reflekteres fullstendig uten å gå inn i boblene. Dette er spesielt merkbart i de luftboblene som alltid er tilstede på stilkene og bladene til undervannsplanter og som i solen ser ut til å være laget av sølv, det vil si fra et materiale som reflekterer lys veldig godt.
Total intern refleksjon finner anvendelse i konstruksjonen av glassroterende og dreiende prismer, hvis handling er tydelig fra fig. 187. Begrensningsvinkelen for et prisme er avhengig av brytningsindeksen til en gitt type glass; Derfor støter ikke bruken av slike prismer på noen vanskeligheter med hensyn til valg av inn- og utgangsvinkler for lysstråler. Roterende prismer utfører med suksess funksjonene til speil og er fordelaktige ved at deres reflekterende egenskaper forblir uendret, mens metallspeil blekner over tid på grunn av oksidasjon av metallet. Det skal bemerkes at innpakningsprismet er enklere i design enn det tilsvarende roterende speilsystemet. Roterende prismer brukes spesielt i periskoper.
Ris. 187. Strålebane i et roterende glassprisme (a), et innpakningsprisme (b) og i et buet plastrør - lysleder (c)
Den begrensende vinkelen for total refleksjon er lysinnfallsvinkelen i grensesnittet mellom to medier, tilsvarende en brytningsvinkel på 90 grader.
Fiberoptikk er en gren av optikk som studerer de fysiske fenomenene som oppstår og forekommer i optiske fibre.
4. Bølgeforplantning i et optisk inhomogent medium. Forklaring av strålebøyning. Mirages. Astronomisk brytning. Inhomogent medium for radiobølger.
Mirage er et optisk fenomen i atmosfæren: refleksjon av lys ved en grense mellom luftlag som er skarpt forskjellige i tetthet. For en observatør betyr en slik refleksjon at sammen med et fjernt objekt (eller en del av himmelen) er dets virtuelle bilde synlig, forskjøvet i forhold til objektet. Mirages er delt inn i nedre, synlige under objektet, øvre, over objektet, og side.
Inferior Mirage
Det observeres med en veldig stor vertikal temperaturgradient (den avtar med høyden) over en overopphetet flat overflate, ofte en ørken eller en asfaltvei. Det virtuelle bildet av himmelen skaper en illusjon av vann på overflaten. Så veien som strekker seg i det fjerne på en varm sommerdag virker våt.
Superior Mirage
Observert over den kalde jordoverflaten med en invertert temperaturfordeling (øker med høyden).
Fata Morgana
Komplekse mirage-fenomener med en skarp forvrengning av utseendet til gjenstander kalles Fata Morgana.
Volumspeiling
I fjellet er det svært sjeldent, under visse forhold, å se det "forvrengte selvet" på ganske nær avstand. Dette fenomenet forklares av tilstedeværelsen av "stående" vanndamp i luften.
Astronomisk brytning er fenomenet brytning av lysstråler fra himmellegemer når de passerer gjennom atmosfæren Siden tettheten av planetariske atmosfærer alltid avtar med høyden, skjer brytningen av lys på en slik måte at den buede strålens konveksitet i alle tilfeller er. rettet mot senit. I denne forbindelse "hever" refraksjon alltid bildene av himmellegemer over deres sanne posisjon
Refraksjon forårsaker en rekke optisk-atmosfæriske effekter på jorden: forstørrelse daglengde på grunn av at solskiven, på grunn av brytning, stiger over horisonten flere minutter tidligere enn det øyeblikket Solen skulle ha stått opp basert på geometriske betraktninger; oblatiteten til de synlige skivene til Månen og Solen nær horisonten på grunn av det faktum at den nedre kanten av skivene stiger høyere ved brytning enn den øvre; glimt av stjerner osv. På grunn av forskjellen i brytningsstørrelsen til lysstråler med forskjellige bølgelengder (blå og fiolette stråler avviker mer enn røde), oppstår en tilsynelatende farging av himmellegemer nær horisonten.
5. Konseptet med en lineært polarisert bølge. Polarisering av naturlig lys. Upolarisert stråling. Dikroiske polarisatorer. Polarisator og lysanalysator. Malus lov.
Bølgepolarisering- fenomenet med å bryte symmetrien til fordelingen av forstyrrelser i tverrgående bølge (for eksempel de elektriske og magnetiske feltstyrkene i elektromagnetiske bølger) i forhold til utbredelsesretningen. I langsgående polarisering kan ikke forekomme i en bølge, siden forstyrrelser i denne typen bølger alltid sammenfaller med forplantningsretningen.
lineære - forstyrrelsessvingninger forekommer i ett plan. I dette tilfellet snakker de om " planpolarisert bølge";
sirkulær - slutten av amplitudevektoren beskriver en sirkel i svingningsplanet. Avhengig av rotasjonsretningen til vektoren kan det være Ikke sant eller venstre.
Lyspolarisering er prosessen med å bestille oscillasjonene til den elektriske feltstyrkevektoren til en lysbølge når lys passerer gjennom visse stoffer (under brytning) eller når lysstrømmen reflekteres.
En dikroisk polarisator inneholder en film som inneholder minst ett dikroisk organisk stoff, hvis molekyler eller fragmenter av molekyler har en flat struktur. I det minste en del av filmen har en krystallinsk struktur. Et dikroisk stoff har minst ett maksimum av den spektrale absorpsjonskurven i spektralområdene 400 - 700 nm og/eller 200 - 400 nm og 0,7 - 13 μm. Ved fremstilling av en polarisator påføres en film som inneholder et dikroisk organisk stoff på substratet, en orienterende effekt påføres det, og det tørkes. I dette tilfellet velges betingelsene for påføring av filmen og typen og størrelsen på den orienterende påvirkningen slik at ordensparameteren til filmen, som tilsvarer minst ett maksimum på den spektrale absorpsjonskurven i spektralområdet 0,7 - 13 μm, har en verdi på minst 0,8. Krystallstrukturen til i det minste en del av filmen er et tredimensjonalt krystallgitter dannet av molekyler av dikroisk organisk materiale. Det spektrale området til polarisatoren utvides samtidig som dens polarisasjonsegenskaper forbedres.
Malus lov er en fysisk lov som uttrykker avhengigheten av intensiteten til lineært polarisert lys etter at det passerer gjennom en polarisator på vinkelen mellom polarisasjonsplanene til det innfallende lyset og polarisatoren.
Hvor Jeg 0 - intensiteten av lys som faller inn på polarisatoren, Jeg- intensiteten av lys som kommer ut fra polarisatoren, k a- gjennomsiktighetskoeffisient for polarisator.
6. Brewster-fenomen. Fresnelformler for refleksjonskoeffisienten for bølger hvis elektriske vektor ligger i innfallsplanet, og for bølger hvis elektriske vektor er vinkelrett på innfallsplanet. Avhengighet av refleksjonskoeffisienter av innfallsvinkelen. Graden av polarisering av reflekterte bølger.
Brewsters lov er en optikklov som uttrykker forholdet mellom brytningsindeksen og vinkelen som lys som reflekteres fra grensesnittet vil bli fullstendig polarisert i et plan vinkelrett på innfallsplanet, og den brytningsstrålen er delvis polarisert i planet til forekomst, og polarisasjonen til den brutte strålen når sin største verdi. Det er lett å fastslå at i dette tilfellet er de reflekterte og brutte strålene vinkelrett på hverandre. Den tilsvarende vinkelen kalles Brewster-vinkelen. Brewsters lov: , hvor n 21 - brytningsindeks for det andre mediet i forhold til det første, θ Br- innfallsvinkel (Brewster-vinkel). Amplitudene til hendelsen (U inc) og reflekterte (U ref) bølger i KBB-linjen er relatert av sammenhengen:
K bv = (U-pad - U neg) / (U-pad + U neg)
Gjennom s(K U) uttrykkes KVV som følger:
K bv = (1 - K U) / (1 + K U) Med en rent aktiv last er BV lik:
K bv = R / ρ ved R< ρ или
K bv = ρ / R for R ≥ ρ
der R er den aktive belastningsmotstanden, ρ er den karakteristiske impedansen til linjen
7. Konseptet med lysinterferens. Tilsetning av to usammenhengende og koherente bølger hvis polarisasjonslinjer faller sammen. Avhengighet av intensiteten til den resulterende bølgen ved tilsetning av to koherente bølger på forskjellen i deres faser. Konseptet med den geometriske og optiske forskjellen i bølgebaner. Generelle betingelser for observasjon av interferensmaksima og -minima.
Lysinterferens er det ikke-lineære tillegget av intensiteten til to eller flere lysbølger. Dette fenomenet er ledsaget av alternerende maksima og minima for intensitet i rommet. Fordelingen kalles et interferensmønster. Når lys forstyrrer, blir energi omfordelt i rommet.
Bølger og kildene som eksiterer dem kalles koherente hvis faseforskjellen mellom bølgene ikke er avhengig av tid. Bølger og kildene som eksiterer dem kalles inkoherente hvis faseforskjellen mellom bølgene endres over tid. Formel for forskjellen:
, Hvor , ,
8. Laboratoriemetoder for å observere interferens av lys: Youngs eksperiment, Fresnel biprisme, Fresnel speil. Beregning av posisjonen til interferensmaksima og minima.
Youngs eksperiment - I eksperimentet rettes en lysstråle mot en ugjennomsiktig lerret med to parallelle spalter, bak som det er installert en projeksjonsskjerm. Dette eksperimentet demonstrerer interferensen av lys, som er bevis på bølgeteorien. Det særegne ved spaltene er at deres bredde er omtrent lik bølgelengden til det utsendte lyset. Effekten av spaltebredde på interferens er diskutert nedenfor.
Hvis vi antar at lys består av partikler ( korpuskulær teori om lys), så kunne man på projeksjonsskjermen se bare to parallelle strimler av lys som passerte gjennom spaltene på skjermen. Mellom dem ville projeksjonsskjermen forbli praktisk talt ubelyst.
Fresnel-biprisme - i fysikk - et dobbeltprisme med svært små vinkler ved toppunktene.
En Fresnel-biprisme er en optisk enhet som tillater dannelse av to koherente bølger fra én lyskilde, som gjør det mulig å observere et stabilt interferensmønster på skjermen.
Frenkel-biprismet fungerer som et middel til å eksperimentelt bevise lysets bølgenatur.
Fresnel-speil er en optisk enhet foreslått i 1816 av O. J. Fresnel for å observere fenomenet interferens av koherente lysstråler. Enheten består av to flate speil I og II, som danner en dihedral vinkel som skiller seg fra 180° med bare noen få vinkelminutter (se fig. 1 i artikkelen Interference of Light). Når speil belyses fra en kilde S, kan stråler av stråler som reflekteres fra speilene betraktes som å komme fra koherente kilder S1 og S2, som er virtuelle bilder av S. I rommet der strålene overlapper hverandre, oppstår interferens. Hvis kilden S er lineær (spalte) og parallelt med kanten av fotonene, vil når den belyses med monokromatisk lys, et interferensmønster i form av like spredte mørke og lyse striper parallelt med spalten observeres på skjermen M, som kan installeres hvor som helst i området med bjelkeoverlapping. Avstanden mellom stripene kan brukes til å bestemme bølgelengden til lyset. Eksperimenter utført med fotoner var et av de avgjørende bevisene på lysets bølgenatur.
9. Interferens av lys i tynne filmer. Betingelser for dannelse av lyse og mørke striper i reflektert og transmittert lys.
10. Strimler med lik helling og strimler med lik tykkelse. Newtons interferensringer. Radier av mørke og lyse ringer.
11. Interferens av lys i tynne filmer ved normal lysinnfall. Belegg av optiske instrumenter.
12. Optiske interferometre til Michelson og Jamin. Bestemmelse av brytningsindeksen til et stoff ved hjelp av to-stråle interferometre.
13. Konseptet med multi-beam interferens av lys. Fabry-Perot interferometer. Tilsetningen av et begrenset antall bølger med like amplituder, hvis faser danner en aritmetisk progresjon. Avhengighet av intensiteten til den resulterende bølgen av faseforskjellen til de interfererende bølgene. Betingelsen for dannelsen av hovedmaksima og minima for interferens. Arten av multistråleinterferensmønsteret.
14. Konseptet med bølgediffraksjon. Bølgeparameter og grenser for anvendelighet av lovene for geometrisk optikk. Huygens-Fresnel-prinsippet.
15. Fresnelsonemetode og bevis på rettlinjet forplantning av lys.
16. Fresnel-diffraksjon med et rundt hull. Radier av Fresnel-soner for en sfærisk og plan bølgefront.
17. Diffraksjon av lys på en ugjennomsiktig skive. Beregning av arealet av Fresnel-soner.
18. Problemet med å øke amplituden til en bølge når den passerer gjennom et rundt hull. Amplitude og fasesoneplater. Fokusering og soneplater. Fokuseringslinse som et begrensende tilfelle av en fasesoneplate. Linsesoneinndeling.
På bildet ENviser en normal stråle som passerer gjennom luft-pleksiglass-grensesnittet og går ut av pleksiglassplaten uten å gjennomgå noen avbøyning når den passerer gjennom de to grensene mellom pleksiglasset og luften. På bildet b viser en lysstråle som kommer inn i en halvsirkelformet plate normalt uten avbøyning, men danner en vinkel y med normalen i punktet O inne i pleksiglassplaten. Når strålen forlater et tettere medium (pleksiglass), øker forplantningshastigheten i et mindre tett medium (luft). Derfor brytes den, og danner en vinkel x i forhold til normalen i luft, som er større enn y.
Basert på det faktum at n = sin (vinkelen som strålen lager med normalen i luften) / sin (vinkelen som strålen lager med normalen i mediet), plexiglass n n = sin x/sin y. Hvis det gjøres flere målinger av x og y, kan brytningsindeksen til plexiglasset beregnes ved å beregne gjennomsnittet av resultatene for hvert par av verdier. Vinkelen y kan økes ved å flytte lyskilden i en sirkelbue sentrert ved punktet O.
Effekten av dette er å øke vinkelen x til posisjonen vist på figuren er nådd V, dvs. inntil x blir lik 90 o. Det er klart at vinkelen x ikke kan være større. Vinkelen som strålen nå lager med normalen inne i pleksiglasset kalles kritisk eller begrensende vinkel med(dette er innfallsvinkelen på grensen fra et tettere medium til et mindre tett medium, når brytningsvinkelen i det mindre tette mediet er 90°).
En svakt reflektert stråle observeres vanligvis, og det samme er en lys stråle som brytes langs den rette kanten av platen. Dette er en konsekvens av delvis indre refleksjon. Merk også at når hvitt lys brukes, deles lyset som vises langs den rette kanten i fargene i spekteret. Hvis lyskilden flyttes lenger rundt buen, som på figuren G, slik at I inne i pleksiglasset blir større enn den kritiske vinkelen c og brytning ikke oppstår ved grensen mellom de to mediene. I stedet opplever strålen total intern refleksjon i en vinkel r i forhold til normalen, hvor r = i.
For å få det til total indre refleksjon, må innfallsvinkelen i måles inne i et tettere medium (plexiglass) og den må være større enn den kritiske vinkelen c. Merk at loven om refleksjon også er gyldig for alle innfallsvinkler større enn den kritiske vinkelen.
Diamant kritisk vinkel er bare 24°38". Dens "utstråling" avhenger derfor av hvor lett multippel total intern refleksjon oppstår når den belyses av lys, noe som i stor grad avhenger av den dyktige skjæringen og poleringen som forsterker denne effekten. Tidligere var det bestemt. at n = 1 /sin c, så en nøyaktig måling av den kritiske vinkelen c vil bestemme n.
Studie 1. Bestem n for pleksiglass ved å finne den kritiske vinkelen
Plasser et halvsirkelt stykke plexiglass i midten av et stort stykke hvitt papir, og skriv nøye omrisset. Finn midtpunktet O på den rette kanten av platen. Bruk en gradskive og konstruer en normal NO vinkelrett på denne rette kanten ved punkt O. Plasser platen igjen i omrisset. Flytt lyskilden rundt buen til venstre for NO, og retter hele tiden den innfallende strålen mot punktet O. Når den brutte strålen går langs den rette kanten, som vist på figuren, markerer du banen til den innfallende strålen med tre punkter P 1, P 2 og P 3.
Fjern midlertidig platen og koble disse tre punktene med en rett linje som skal gå gjennom O. Bruk en gradskive og mål den kritiske vinkelen c mellom den tegnede innfallsstrålen og normalen. Plasser platen forsiktig igjen i omrisset og gjenta det som ble gjort før, men denne gangen flytter du lyskilden rundt buen til høyre for NO, og retter strålen kontinuerlig til punkt O. Registrer de to målte verdiene av c i resultattabell og bestem gjennomsnittsverdien av den kritiske vinkelen c. Bestem deretter brytningsindeksen n n for pleksiglass ved å bruke formelen n n = 1 /sin s.
Apparatet for studie 1 kan også brukes til å vise at for lysstråler som forplanter seg i et tettere medium (pleksiglass) og faller inn på pleksiglass-luft-grensesnittet i vinkler større enn den kritiske vinkelen c, er innfallsvinkelen i lik vinkelen refleksjoner r.
Studie 2. Sjekk loven om lysrefleksjon for innfallsvinkler som er større enn den kritiske vinkelen
Plasser den halvsirkulære plexiglassplaten på et stort stykke hvitt papir og skriv nøye omrisset. Som i det første tilfellet, finn midtpunktet O og konstruer det normale NO. For pleksiglass er den kritiske vinkelen c = 42°, derfor er innfallsvinkler i > 42° større enn den kritiske vinkelen. Konstruer stråler i vinkler på 45°, 50°, 60°, 70° og 80° med normal NO ved hjelp av en gradskive.
Plasser plexiglassplaten forsiktig tilbake i omrisset og rett lysstrålen fra lyskilden langs 45°-linjen. Strålen vil gå til punkt O, reflekteres og vises på den bueformede siden av platen på den andre siden av normalen. Merk tre punkter P 1, P 2 og P 3 på den reflekterte strålen. Fjern platen midlertidig og koble de tre punktene med en rett linje som skal gå gjennom punkt O.
Bruk en gradskive, mål refleksjonsvinkelen r mellom og den reflekterte strålen, registrer resultatene i en tabell. Plasser platen forsiktig i omrisset og gjenta for vinkler på 50°, 60°, 70° og 80° til normalen. Registrer verdien av r på riktig plass i resultattabellen. Tegn en graf av refleksjonsvinkelen r kontra innfallsvinkelen i. En rettlinjet graf tegnet over området for innfallsvinkler fra 45° til 80° vil være tilstrekkelig til å vise at vinkel i er lik vinkel r.