Полное внутреннее отражение

Призма

Тело с постоянным поперечным сечением в виде треугольника назовем треугольной призмой. Если на ее боковую грань падает луч света, то в процессе двух преломлений на гранях, он повернется к основанию призмы. Преломляющий угол призмы обозначен одной дугой, а угол, на который повернулся луч – двумя. Именно с помощью стеклянной призмы Ньютон наблюдал явление дисперсии света – разложение луча солнечного света в радужную полоску – спектр. Естественно предположить, что в белом свете присутствуют разные цвета, причем n для различных цветов разное. Сейчас мы знаем, что наиболее коротким световым волнам (фиолетовым) соответствует наибольший n. С увеличением длины волны света (от фиолетового до красного) показатель преломления уменьшается, поэтому соответствующие лучи отклонятся призмой на меньшие углы и придут в другую точку экрана.

Особенно интересное поведение световой луч проявляет в среде, показатель преломления в которой различен в разных точках.

Пусть в слоях вещества показатель преломления постепенно убывает сверху вниз, n₀>n₁>n₂>n₃>… Тогда луч света начнет искривляться, поскольку угол преломления будет все время увеличиваться. Луч поворачивается в сторону большего показателя преломления. Это очень характерно для распространения волн, если фронт волны имеет разные скорости в разных точках, то он будет поворачиваться. Такие явления называются рефракцией. Наличие рефракции в атмосфере может приводить к появлению миражей. Луч света, идущий с неба, попадая в слои более горячего воздуха (у которого меньше n), будет поворачиваться, и может вновь пойти вверх. Тогда путешественник может принять его за изображение далекого водоема, которого на самом деле нет.

СТРУКТУРА МИРАЖЕЙ, РЕФРАКЦИЯ СОЛНЕЧНОГО ДИСКА

Если свет выходит из среды с большим n в среду с меньшим (например, из стекла в воздух), то можно наблюдать одно интересное явление – полное внутреннее отражение света.

При этом β>α и I=I_от+I_пр. Распределение интенсивности падающего излучения между отраженным и преломленным лучами будет зависеть от угла падения. При увеличении α угол β также будет возрастать. Наибольшее значение β равно 90⁰. Для этого угол падения α должен удовлетворять условию Если луч выходит из плотной среды в воздух, то То есть, в этом случае преломленный луч будет как бы скользить вдоль поверхности раздела сред. Однако на самом деле произойдет следующее. Когда луч будет выходить под углом α₀, I_пр=0, то есть I=I_от. Поэтому это явление названо полным внутренним отражением света. Вся световая энергия отражается обратно в среду 1, и никакого скользящего луча нет – его интенсивность равна 0. Если , то луч также полностью отразится обратно. Это явление лежит в основе использования волоконной оптики, «световодов». СВЕТОВОД