Šviesos reiškiniai, tokie kaip lūžis ir atspindys, yra neatsiejami nuo mūsų kasdienio gyvenimo. Vienas įdomiausių šių reiškinių yra visiškas vidaus atspindys, kurio esmė - ribinis kampas. Šiame straipsnyje išnagrinėsime, kas yra ribinis kampas, kaip jis susijęs su visišku vidaus atspindžiu ir kur šis reiškinys praktiškai pritaikomas.
Šviesos Lūžis ir Lęšiai
Prieš gilinantis į ribinio kampo sąvoką, svarbu suprasti šviesos lūžio principus. Šviesa, keliaudama iš vienos terpės į kitą, pavyzdžiui, iš oro į vandenį, keičia savo kryptį. Šis reiškinys vadinamas lūžiu.
Lęšiai, skaidrūs kūnai, apriboti dvejais šviesos spindulius laužiančiais paviršiais, yra esminiai optiniai elementai, naudojami įvairiuose prietaisuose. Plonuoju laikomas lęšis, kurio storis yra daug mažesnis už lęšį ribojančių paviršių spindulius. Lęšio optinė ašis - tai tiesė, einanti per lęšį ribojančių paviršių centrus. Lęšio židiniai - tai taškai, į kuriuos susirenka į lęšį krintantys lygiagrečių spindulių pluoštai. Židinio nuotolis - atstumas nuo lęšio plokštumos iki pagrindinių židinių. Optinė lęšio galia - židinio nuotoliui atvirkščias dydis. Glaudžiamieji lęšiai yra teigiamosios optinės galios, o sklaidomieji - neigiamosios.
Šviesos lūžio dėsnis teigia, kad dviejų terpių riboje spindulio kritimo ir lūžio kampų sinusų santykis yra pastovus dydis, lygus šviesos greičių pirmojoje ir antrojoje terpėse santykiui. Šis santykis vadinamas antrosios terpės santykiniu lūžio rodikliu pirmosios terpės atžvilgiu.
Kas Yra Lūžio Rodiklis?
Lūžio rodiklis yra bematis dydis, nusakantis terpės gebėjimą laužti šviesos bangas. Absoliutusis lūžio rodiklis lygus šviesos greičio vakuume (c) ir šviesos fazinio greičio (ν) terpėje santykiui: n = c/ν. Vienos terpės santykinis lūžio rodiklis kitos terpės atžvilgiu lygus skirtingų terpių absoliutinių lūžio rodiklių dalmeniui: n21 = n2/n1 = v1/v2. Taip pat, lūžio rodiklis gali būti apskaičiuojamas kaip šviesos kritimo kampo (φ) ir jos lūžio kampo (χ) sinusų dalmuo: n = sinφ/sinχ. Medžiagos, pasižyminčios didesniu lūžio rodikliu, vadinamos optiškai tankesnėmis.
Taip pat skaitykite: Sužinokite apie Streso Sukeltus Lūžius
Visiškas Vidaus Atspindys ir Ribinis Kampas
Visiškas vidaus atspindys - tai reiškinys, kai šviesa, sklindanti iš optiškai tankesnės terpės į retesnę, visiškai atsispindi nuo ribos tarp šių terpių, neperduodama į retesnę terpę. Šis reiškinys įvyksta, kai šviesos kritimo kampas yra didesnis už tam tikrą ribinę vertę - ribinį kampą.
Ribinis kampas - tai toks kritimo kampas, kai lūžęs spindulys sklinda palei dviejų terpių ribą (lūžio kampas lygus 90°). Matematiškai ribinis kampas (θc) gali būti apskaičiuojamas pagal šią formulę:
sin(θc) = n2 / n1
čia:
- n1 - optiškai tankesnės terpės lūžio rodiklis
- n2 - optiškai retesnės terpės lūžio rodiklis
Kai kritimo kampas yra didesnis už ribinį kampą, šviesa visiškai atsispindi atgal į tankesnę terpę. Pavyzdžiui, ribinis visiško atspindžio kampas tarp oro (n2 = 1,000) ir vandens (n1 = 1,333) yra apie 48,7°.
Taip pat skaitykite: Dvasinio atsparumo ugdymas per luzą
Praktinis Pritaikymas
Visiškas vidaus atspindys ir ribinio kampo principas plačiai pritaikomi įvairiose srityse:
- Šviesolaidžiai: Visiško atspindžio reiškinys panaudojamas šviesolaidžiuose - plonuose stiklo ar plastiko pluoštuose, kuriais šviesa perduodama dideliais atstumais be didelių nuostolių. Šviesa, patekusi į šviesolaidį, nuolat atsispindi nuo jo sienelių, kol pasiekia galą.
- Medicininė endoskopija: Endoskopai, naudojami medicinoje vidaus organams apžiūrėti, naudoja šviesolaidžius šviesai perduoti į kūną ir atgal, leidžiant gydytojams matyti vidaus organų vaizdus.
- Prizmės: Prizmės, veikiančios visiško vidaus atspindžio principu, naudojamos optiniuose prietaisuose, tokiuose kaip žiūronai ir fotoaparatai, vaizdui apversti arba nukreipti.
- Deimantai: Deimantų blizgesys iš dalies priklauso nuo visiško vidaus atspindžio. Dėl didelio deimanto lūžio rodiklio (apie 2,4) ribinis kampas yra labai mažas (apie 24°), todėl didžioji dalis į deimantą patekusios šviesos atsispindi atgal, sukurdama jo spindesį.
Uždavinių Pavyzdžiai
Norint geriau suprasti ribinio kampo sąvoką, panagrinėkime keletą uždavinių:
Rubino lūžio rodiklio apskaičiavimas: Jei rubino ribinis visiškojo atspindžio kampas yra 34°, apskaičiuokite rubino lūžio rodiklį.
Sprendimas:sin(34°) = 1 / nn = 1 / sin(34°) ≈ 1,79Taigi, rubino lūžio rodiklis yra apie 1,79.
Tankesnės terpės lūžio rodiklio apskaičiavimas: Visiško atspindžio ribinis kampas yra 34 laipsniai. Apskaičiuokite tankesnės terpės absoliutinį lūžio rodiklį.
Taip pat skaitykite: Kaip lūžio rodiklis veikia šviesos bangos ilgį?
Sprendimas:sin(34°) = n2 / n1Jei tarkime, kad retesnė terpė yra oras (n2 = 1), tada:sin(34°) = 1 / n1n1 = 1 / sin(34°) ≈ 1,79Taigi, tankesnės terpės absoliutinis lūžio rodiklis yra apie 1,79.
Deimanto absoliutinis lūžio rodiklis: Deimanto ribinis visiškojo atspindžio kampas 24°. Kam lygus deimanto absoliutinis lūžio rodiklis?
Sprendimas:sin(24°) = 1 / nn = 1 / sin(24°) ≈ 2,45Taigi, deimanto absoliutinis lūžio rodiklis yra apie 2,45.