Visiškasis šviesos atspindys

Šioje temoje nagrinėjamas visiškasis šviesos atspindys, kai šviesa, pereidama iš optiškai tankesnės terpės į retesnę, ne lūžta, o atsispindi. Sužinoma apie ribinį visiškojo atspindžio kampą, šviesolaidžių veikimo principą ir pritaikymą, deimantų spindesio priežastis bei miražų susidarymą. Taip pat, susipažįstama su visiškojo vidaus atspindžio pritaikymų medicinoje, pavyzdžiui, endoskopu.

Deimantai ir briliantai
Deimantas yra natūrali anglies forma, o briliantas – tai specialiai apdirbtas deimantas. Dėl labai mažo visiškojo vidaus atspindžio kampo (24.4°), šviesa, patekusi į deimantą, atsispindi nuo jo vidinių sienelių daug kartų, prieš išeidama. Briliantai yra šlifuojami taip, kad būtų kuo daugiau vidinių atspindžių, todėl jie taip stipriai spindi.
Medžiagų lūžio rodikliai
Kiekviena medžiaga turi savo lūžio rodiklį, kuris apibūdina, kaip šviesa lūžta toje medžiagoje. Nuo lūžio rodiklio priklauso ir visiškojo atspindžio kampas. Kuo didesnis medžiagos lūžio rodiklis, tuo mažesnis yra visiškojo atspindžio kampas (matuojant nuo medžiagos iki oro ribos).
Miražai
Miražas yra optinis atmosferos reiškinys, atsirandantis dėl šviesos spindulių lūžio (išlinkimo) skirtingos temperatūros ir tankio oro sluoksniuose. Dėl šio išlinkimo matomi tariami arba iškreipti objektų atvaizdai. Kartais spindulių išlinkimas būna toks stiprus, kad primena atspindį.
Miražai
Miražas – tai optinis reiškinys, kai matome objektus, kurie yra ne ten, kur turėtų būti, arba iš viso neegzistuoja. Miražai susidaro dėl šviesos spindulių lūžio, kai jie pereina per skirtingo tankio (ir temperatūros) oro sluoksnius. Dažniausiai pasitaiko apatiniai miražai (pvz., „balos“ ant įkaitusio kelio) ir viršutiniai miražai (pvz., laivai, „kabinantys“ ore).
Ribinis visiškojo atspindžio kampas
Ribinis visiškojo atspindžio kampas (\(\\alpha_{rib}\)) yra mažiausias kritimo kampas, kuriam esant šviesa, pereidama iš optiškai tankesnės į optiškai retesnę terpę, visa atsispindi. Šis kampas atitinka 90° lūžio kampą ir priklauso nuo abiejų terpių lūžio rodiklių.
Ribinis visiškojo atspindžio kampas
Ribinis visiškojo atspindžio kampas yra kampas, kuriam esant, šviesos spindulys, pereidamas iš optiškai tankesnės terpės į optiškai retesnę terpę, lūžta 90 laipsnių kampu. Jei kritimo kampas yra mažesnis už ribinį, šviesa lūžta. Jei kritimo kampas yra lygus ribiniam, šviesa sklinda terpių riba. Jei kritimo kampas yra didesnis už ribinį, įvyksta visiškasis vidaus atspindys.
Šviesolaidžiai
Šviesolaidis yra plonas stiklo ar plastiko siūlas, pagrįstas visiškuoju vidaus atspindžiu. Jį sudaro šerdis, kurios lūžio rodiklis \(n_1\) yra didesnis, ir apvalkalas, kurio lūžio rodiklis \(n_2\) yra mažesnis. Šviesa, patekusi į šerdį kampu, didesniu už ribinį kampą tarp šerdies ir apvalkalo medžiagų, daug kartų visiškai atsispindi nuo vidinės šerdies ir apvalkalo ribos. Taip šviesa efektyviai sklinda šviesolaidžio viduje dideliais atstumais su mažais energijos nuostoliais.
Šviesolaidžiai
Šviesolaidis – tai plonas, permatomas stiklo ar plastiko pluoštas, kuriuo šviesa gali sklisti didelius atstumus. Jis sudarytas iš šerdies, turinčios didesnį lūžio rodiklį, ir apvalkalo, turinčio mažesnį lūžio rodiklį. Šviesa, patekusi į šerdį, visiškai atsispindi nuo šerdies ir apvalkalo ribos ir sklinda šviesolaidžiu.
Šviesolaidžio veikimo principas
Šviesolaidis yra plona gija (dažniausiai stiklo ar plastiko), skirta šviesos signalams perduoti. Jo veikimas pagrįstas visiškuoju vidaus atspindžiu. Šviesolaidį sudaro šerdis (didesnis lūžio rodiklis \(n_{šerdis}\)) ir apvalkalas (mažesnis lūžio rodiklis \(n_{apvalkalas}\)). Šviesa, patekusi į šerdį kampu, didesniu už ribinį kampą šerdies ir apvalkalo ribai, daug kartų visiškai atsispindi ir sklinda išilgai šviesolaidžio.
Šviesolaidžių pritaikymas
Šviesolaidžiai naudojami įvairiose srityse, ypač telekomunikacijose, kur jie perduoda didelius informacijos kiekius šviesos greičiu. Jie taip pat naudojami medicinoje (endoskopai), jutikliuose, apšvietimo sistemose ir kitur. Jų pranašumai: mažas signalo silpimas, didelė perdavimo sparta, atsparumas trikdžiams.
Tiesiaeigis šviesos sklidimas
Šviesa sklinda iš šaltinio į visas puses. Kai šviesa pasiekia nepermatomą objektą, už jo susidaro šešėlis. Vienalytėje terpėje šviesa sklinda tiesiai - šviesos spinduliais. Šviesos spindulys yra linija, rodanti šviesos sklidimo kryptį. Saulės ir Mėnulio užtemimai yra tiesiaeigio šviesos sklidimo įrodymai.
Visiškasis atspindys brangakmeniuose
Brangakmenių, ypač briliantų (specialiai nušlifuotų deimantų), žėrėjimas yra susijęs su visiškuoju vidaus atspindžiu. Deimantas turi labai didelį lūžio rodiklį ir dėl to mažą ribinį kampą ore. Briliantai šlifuojami taip, kad į kristalą patekusi šviesa jo viduje kuo daugiau kartų visiškai atsispindėtų prieš išeidama pro viršų, taip sukuriant spindesį.
Visiškasis atspindys gamtoje: briliantai ir miražai
Visiškasis vidaus atspindys pasireiškia ir gamtoje. Deimantų žėrėjimas yra susijęs su jų itin dideliu lūžio rodikliu (\(n ≈ 2.42\)) ir mažu ribiniu kampu sąlytyje su oru (\(α_{rib} ≈ 24.4°\)). Specialus briliantinis šlifavimas užtikrina, kad į kristalą patekusi šviesa daug kartų visiškai atsispindėtų viduje prieš išeidama. Miražai yra atmosferos optinis reiškinys, atsirandantis dėl šviesos lūžio ir visiškojo vidaus atspindžio skirtingos temperatūros (ir tankio) oro sluoksniuose. Apatinis miražas susidaro virš įkaitusio paviršiaus, o viršutinis – kai šaltas oras yra prie žemės, o šiltas – virš jo.
Visiškasis vidaus atspindys
Šviesai pereinant iš optiškai tankesnės terpės į optiškai retesnę terpę, ji lūžta toldama nuo statmens terpių ribai. Didinant kritimo kampą \(α\), lūžio kampas \(β\) taip pat didėja. Kai kritimo kampas pasiekia ribinį kampą (\(α_{rib}\)), lūžio kampas tampa \(β = 90°\), ir lūžęs spindulys sklinda terpių riba. Jei kritimo kampas viršija ribinį kampą (\(α > α_{rib}\)), šviesa nebelūžta į retesnę terpę, o visa atsispindi atgal į tankesnę terpę. Šis reiškinys vadinamas visiškuoju vidaus atspindžiu.
Visiškasis vidaus atspindys
Kai šviesa pereina iš optiškai tankesnės terpės į optiškai retesnę terpę, ji lūžta. Jei kritimo kampas yra didesnis už tam tikrą ribinį kampą, šviesa nebe lūžta, o visiškai atsispindi nuo terpių ribos. Šis reiškinys vadinamas visiškuoju vidaus atspindžiu.
Visiškasis vidaus atspindys
Visiškasis vidaus atspindys yra optinis reiškinys, kai šviesa, sklisdama iš optiškai tankesnės terpės (su didesniu lūžio rodikliu) į optiškai retesnę terpę (su mažesniu lūžio rodikliu), ne pereina į antrąją terpę, o visiškai atsispindi nuo terpes skiriančios ribos. Tai įvyksta, kai šviesos kritimo kampas viršija ribinį visiškojo atspindžio kampą.

Prisijungti

arba
Real 2
„X“ yra inovatyvi mokymosi platforma, kurios tikslas – teikti aukštos kokybės mokymo medžiagą įvairiausių klasių mokiniams. Patyrusių specialistų parengtas turinys skatina smalsumą, padeda išsamiau ir giliau suprasti mokomus dalykus bei sėkmingai pasiruošti akademiniams iššūkiams.
Atsisiųsk programėlę:
Susisiek su mumis: info@knowledgenestapp.com