Kesan pencahayaan biasa yang sering dihadapi setiap orang dalam kehidupan seharian ialah pantulan dan pembiasan. Dalam artikel ini, kita akan mempertimbangkan kes apabila kedua-dua kesan itu nyata dalam proses yang sama, kita akan bercakap tentang fenomena pantulan total dalaman.
Pantulan cahaya
Sebelum mempertimbangkan fenomena pantulan total dalaman cahaya, anda harus membiasakan diri dengan kesan pantulan dan pembiasan biasa. Mari kita mulakan dengan yang pertama. Untuk kesederhanaan, kami hanya akan mempertimbangkan cahaya, walaupun fenomena ini adalah ciri-ciri gelombang dalam sebarang sifat.
Pantulan difahamkan sebagai perubahan satu trajektori rectilinear, di mana sinar cahaya bergerak, ke trajektori rectilinear yang lain, apabila ia menghadapi halangan dalam perjalanannya. Kesan ini boleh diperhatikan apabila menunjuk penunjuk laser pada cermin. Kemunculan imej langit dan pokok apabila melihat permukaan air juga adalah hasil pantulan cahaya matahari.
Hukum berikut sah untuk pantulan: sudutkejadian dan pantulan terletak pada satah yang sama bersama-sama dengan serenjang dengan permukaan pemantulan dan adalah sama antara satu sama lain.
Pembiasan cahaya
Kesan pembiasan adalah serupa dengan pantulan, cuma ia berlaku jika halangan di laluan pancaran cahaya adalah medium lutsinar lain. Dalam kes ini, sebahagian daripada rasuk awal dipantulkan dari permukaan, dan sebahagiannya masuk ke medium kedua. Bahagian terakhir ini dipanggil rasuk terbias, dan sudut yang dibuatnya dengan berserenjang dengan antara muka dipanggil sudut biasan. Rasuk terbias terletak pada satah yang sama dengan rasuk pantulan dan tuju.
Contoh pembiasan yang kukuh ialah pecahan pensel dalam segelas air atau kedalaman tasik yang menipu apabila seseorang melihat ke bawah ke bawahnya.
Secara matematik, fenomena ini diterangkan menggunakan hukum Snell. Formula yang sepadan kelihatan seperti ini:
1 dosa (θ1)=n2 dosa (θ 2).
Di sini sudut tuju dan biasan ditandakan sebagai θ1 dan θ2 masing-masing. Kuantiti n1, n2 mencerminkan kelajuan cahaya dalam setiap medium. Mereka dipanggil indeks biasan media. Semakin besar n, semakin perlahan cahaya bergerak dalam bahan tertentu. Sebagai contoh, dalam air kelajuan cahaya adalah 25% kurang daripada di udara, jadi baginya indeks biasan ialah 1.33 (untuk udara ialah 1).
Fenomena pantulan dalaman menyeluruh
Hukum pembiasan cahaya membawa kepada satuhasil yang menarik apabila sinar merambat dari medium dengan n besar. Mari kita pertimbangkan dengan lebih terperinci apa yang akan berlaku kepada rasuk dalam kes ini. Mari tulis formula Snell:
1 dosa (θ1)=n2 dosa (θ 2).
Kami akan menganggap bahawa n1>n2. Dalam kes ini, untuk kesaksamaan kekal benar, θ1 mestilah kurang daripada θ2. Kesimpulan ini sentiasa sah, kerana hanya sudut dari 0o hingga 90o dipertimbangkan, di mana fungsi sinus sentiasa meningkat. Oleh itu, apabila meninggalkan medium optik yang lebih tumpat untuk medium yang kurang tumpat (n1>n2), rasuk menyimpang lebih banyak daripada biasa.
Sekarang mari kita besarkan sudut θ1. Akibatnya, masa akan tiba apabila θ2 akan bersamaan dengan 90o. Fenomena menakjubkan berlaku: rasuk yang dipancarkan daripada medium yang lebih tumpat akan kekal di dalamnya, iaitu antara muka antara dua bahan lutsinar akan menjadi legap.
Sudut kritikal
Sudut θ1, yang mana θ2=90o, dipanggil kritikal untuk pasangan media yang dipertimbangkan. Sebarang sinar yang mengenai antara muka pada sudut yang lebih besar daripada sudut genting dipantulkan sepenuhnya ke dalam medium pertama. Untuk sudut genting θc seseorang boleh menulis ungkapan yang mengikuti secara langsung daripada formula Snell:
dosa (θc)=n2 / n1.
Jikamedium kedua ialah udara, maka kesamaan ini dipermudahkan kepada bentuk:
dosa (θc)=1 / n1.
Sebagai contoh, sudut genting untuk air ialah:
θc=arcsin (1 / 1, 33)=48, 75o.
Jika anda menyelam ke dasar kolam dan melihat ke atas, anda boleh melihat langit dan awan melintasinya hanya di atas kepala anda sendiri, di seluruh permukaan air hanya dinding kolam akan kelihatan.
Daripada penaakulan di atas, adalah jelas bahawa, tidak seperti pembiasan, pantulan total bukanlah fenomena boleh balik, ia berlaku hanya apabila bergerak dari medium yang lebih tumpat ke medium kurang tumpat, tetapi bukan sebaliknya.
Pantulan total dalam alam semula jadi dan teknologi
Mungkin kesan yang paling biasa dalam alam semula jadi, yang mustahil tanpa refleksi menyeluruh, ialah pelangi. Warna pelangi adalah hasil penyebaran cahaya putih dalam titisan hujan. Walau bagaimanapun, apabila sinaran melalui dalam titisan ini, ia mengalami pantulan dalaman tunggal atau berganda. Itulah sebabnya pelangi sentiasa muncul dua kali ganda.
Fenomena pantulan total dalaman digunakan dalam teknologi gentian optik. Terima kasih kepada gentian optik, adalah mungkin untuk menghantar gelombang elektromagnet tanpa kehilangan pada jarak yang jauh.
