Әр адам күнделікті өмірде жиі кездесетін жарықтандырудың әдеттегі әсерлері - шағылу және сыну. Бұл мақалада біз екі әсер де бір процесте көрінетін жағдайды қарастырамыз, ішкі толық рефлексия құбылысы туралы айтатын боламыз.
Жарықтың шағылысы
Жарықтың ішкі толық шағылу құбылысын қарастырмас бұрын кәдімгі шағылу мен сыну әсерлерімен танысу керек. Біріншіден бастайық. Қарапайымдылық үшін біз тек жарықты қарастырамыз, дегенмен бұл құбылыстар кез келген табиғат толқынына тән.
Рефлексия жолында кедергіге тап болған кезде жарық сәулесі қозғалатын бір түзу сызықты траекторияны басқа түзусызықты траекторияға ауыстыру деп түсініледі. Бұл әсерді лазерлік көрсеткішті айнаға бағыттаған кезде байқауға болады. Су бетіне қараған кезде аспан мен ағаштар бейнелерінің пайда болуы да күн сәулесінің шағылысуының нәтижесі.
Шағылу үшін келесі заң жарамды: бұрыштарТүсу және шағылу шағылысу бетіне перпендикулярмен бірге бір жазықтықта жатады және бір-біріне тең.
Жарықтың сынуы
Сыну әсері шағылысуға ұқсас, тек жарық сәулесінің жолындағы кедергі басқа мөлдір орта болса ғана пайда болады. Бұл жағдайда бастапқы сәуленің бір бөлігі бетінен шағылысады, ал бір бөлігі екінші ортаға өтеді. Бұл соңғы бөлік сынған сәуле деп аталады, ал оның интерфейске перпендикуляр жасайтын бұрышы сыну бұрышы деп аталады. Сынған сәуле шағылған және түскен сәулемен бір жазықтықта жатыр.
Сынудың күшті мысалдары - бір стақан судағы қарындаштың сынуы немесе адам оның түбіне қараған кездегі көлдің алдамшы тереңдігі.
Математикалық тұрғыдан бұл құбылыс Снелл заңы арқылы сипатталған. Сәйкес формула келесідей:
1 күнә (θ1)=n2 күнә (θ 2).
Мұнда түсу және сыну бұрыштары сәйкесінше θ1 және θ2 деп белгіленген. n1, n2 шамалары әрбір ортадағы жарық жылдамдығын көрсетеді. Оларды ортаның сыну көрсеткіштері деп атайды. n үлкен болған сайын, жарық берілген материалда баяу тарайды. Мысалы, суда жарық жылдамдығы ауаға қарағанда 25%-ға аз, сондықтан ол үшін сыну көрсеткіші 1,33 (ауа үшін ол 1).
Толық ішкі рефлексия құбылысы
Жарықтың сыну заңы біреуге әкеледісәуле үлкен n ортадан тараған кездегі қызықты нәтиже. Бұл жағдайда сәулемен не болатынын толығырақ қарастырайық. Снелл формуласын жазайық:
1 күнә (θ1)=n2 күнә (θ 2).
Біз n1>n2 деп есептейміз. Бұл жағдайда теңдік ақиқат болып қалуы үшін θ1 θ2 мәнінен кіші болуы керек. Бұл қорытынды әрқашан жарамды, өйткені 0o мен 90o аралығындағы бұрыштар ғана қарастырылады, олардың шегінде синус функциясы үнемі өседі. Осылайша, тығызырақ оптикалық ортаны тығыздығы азырақ (n1>n2) үшін қалдырғанда, сәуле қалыптыдан көбірек ауытқиды.
Енді θ1 бұрышын үлкейтейік. Нәтижесінде θ2 90o болатын сәт келеді. Таңғажайып құбылыс орын алады: тығызырақ ортадан шыққан сәуле онда қалады, яғни ол үшін екі мөлдір материал арасындағы интерфейс мөлдір емес болады.
Критикалық бұрыш
θ1, ол үшін θ2=90o деп аталады қарастырылатын медиа жұбы үшін маңызды. Интерфейске критикалық бұрыштан үлкен бұрышпен түсетін кез келген сәуле бірінші ортаға толығымен шағылысады. θc сыни бұрышы үшін Снелл формуласынан тікелей шығатын өрнек жазуға болады:
sin (θc)=n2 / n1.
Егерекінші орта - ауа, онда бұл теңдік келесі түрге оңайлатылады:
sin (θc)=1 / n1.
Мысалы, су үшін критикалық бұрыш:
θc=доғасы (1 / 1, 33)=48, 75o.
Егер сіз бассейннің түбіне сүңгіп, жоғары қарасаңыз, аспан мен оның үстімен өтіп бара жатқан бұлттарды тек сіздің басыңыздың үстінде ғана көре аласыз, ал қалған су бетінде бассейннің қабырғалары ғана көрінеді..
Жоғарыда келтірілген пайымдаулардан қарағанда, толық шағылу сынудан айырмашылығы қайтымды құбылыс емес, ол тығызырақ ортадан тығыздығы азырақ ортаға ауысқанда ғана пайда болады, бірақ керісінше емес.
Табиғат пен технологиядағы толық көрініс
Табиғаттағы ең көп таралған әсер, ол толық шағылыспай мүмкін емес, кемпірқосақ. Кемпірқосақтың түсі жаңбыр тамшыларындағы ақ жарықтың таралуының нәтижесі. Дегенмен, сәулелер бұл тамшылардың ішінен өткенде, олар бір немесе қосарланған ішкі шағылуды бастан кешіреді. Сондықтан кемпірқосақ әрқашан қос болып көрінеді.
Оптикалық талшықты технологияда ішкі толық шағылысу құбылысы қолданылады. Оптикалық талшықтардың арқасында ұзақ қашықтыққа электромагниттік толқындарды жоғалтпай жіберуге болады.
