ZJAWISKO CAŁKOWITEGO WEWNĘTRZNEGO ODBICIA ŚWIATŁA Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia światła występuje na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania n. Polega ono na tym, że światło padając na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu. Kąt graniczny to kąt padania dla którego kąt załamania wynosi 90 o. Wartość kąta granicznego jest różna dla różnych ośrodków. Dla wody względem powietrza kąt ten ma wartość 48 o, a dla szkła względem powietrza ok. 43 o. 90 o α gr

Jeśli kąt padania jest większy od kąta granicznego to zachodzi zjawisko całkowitego odbicia światła. 90 o α gr

Wyprowadzenie kąta granicznego z prawa załamania światła: α gr

Zastosowania zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia światła: Światłowody zarówno cieszą nasz wzrok jak i odgrywają niesłychanie ważną rolę w życiu codziennym, umożliwiając konstruowanie urządzeń pozwalających na kontrolowanie rozchodzenia się światła w przestrzeni, oraz zapewniają superszybki przekaz informacji na odległość (telekomunikacja, internet).

Całkowite wewnętrzne odbicie w strumieniu cieczy 5/_MG_1516.jpg /_MG_1562.jpg X.jpg

Światłowody w telekomunikacji Pomimo częstych odbić światło może przebyć duże odległości, nawet po bardzo falistych, krętych drogach, bez zmiany natężenia. Światłowody zastępują ogromne, wielkie, grube i przede wszystkim kosztowne przewody miedziane np. wskutek małych utrat wiadomości podczas przenoszenia informacji. Wszystko przemawia za tym, iż przyszłość telefonów oraz telekomunikacji, głównie jeśli mówimy o transferach znacznych ilości informacji, należeć będzie do światłowodów. Kolejną zaletą światłowodów jest to, iż światło ma bardzo małą długość fali (zatem dużą częstotliwość - większą niż częstotliwość prądu elektrycznego) i może być nośnikiem znacznej ilości informacji. W dodatku w porównaniu do prądu elektrycznego światło nie jest czułe na temperaturę czy przekształcenia pola magnetycznego. Dzięki temu znaki świetlne nie ulegają zaburzeniom i nie da się ich również podsłuchiwać.

Wykorzystanie optyki światłowodowej w medycynie Endoskopy są to przyrządy służące do oglądania narządów wewnętrznych człowieka (takich jak płuca, przewód pokarmowy, żołądek) oraz dużych naczyń krwionośnych bez potrzeby przeprowadzania operacji. Część włókien endoskopu wykorzystywana jest do oświetlenia pola widzenia, a pozostałe do obserwacji (światło po odbiciu powraca innym światłowodem). By obraz nie był zniekształcony włókna w endoskopach nie są poprzeplatane. Światłowody znalazły również zastosowania w lampach, które są wykorzystywane przez stomatologów do oświetlania skrytych obszarów w jamie ustnej. ndoskopy.jpg zenie/endoskopia.jpg

Przyrządy optyczne Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia światła znalazło również zastosowanie w przyrządach optycznych, takich jak lornetka czy refraktometr. W nich bardzo często wykorzystywane są pryzmaty prostokątne równoramienne w celu zmiany biegu promieni. Lornetka pryzmatyczna zastosowanie_odbicia_wewnetrznego

Jubilerstwo Całkowite wewnętrzne odbicie światła wykorzystywane jest również przy doskonaleniu szlachetnych kamieni np. diamentów. Wygładzony diament (brylant), jest udoskonalany w ten sposób, by w kamieniu całkowicie załamywało się 80% promieni. Promienie, które padają od środka pod kątami większymi od kąta granicznego (w przybliżeniu 24,5° - uzależnione jest to od koloru światła) ulegają całkowitemu wewnętrznemu odbiciu a następnie wydostają się (po załamaniu) na zewnątrz. To jest powodem mieniącego się odblasku diamentu. _diament_d.jpg zastosowanie_odbicia_wewnetrznego

Miraż Fatamorgana, czyli mylące widoczki oaz na pustyni - na ogół odwrócone do góry nogami - tworzą się na skutek wyprodukowania się nad piaskiem warstwy powietrza o powiększonej gęstości, która tak samo jak światłowód przekazuje promienie świetlne obok powierzchni ziemi pokonując dysproporcje terenu(konieczna jest wówczas bezwietrzna aura oraz gwałtowne zmiany temperatur) _fe9173b5a9.jpg wetter.de/lexikon/f/fatamorgana.jp g zastosowanie_odbicia_wewnetrznego Fatamorgana szosowa to wyobrażenie, objawiające się na obserwacji na ulicy kałuży, w której odbija się pojazd, drzewo. Zjawiska te są następstwem całkowitego wewnętrznego odbicia światła od cienkiej warstwy rozgrzanego powietrza, dokładnie nad rozgrzaną powierzchnią ulicy.

Literatura:  D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy Fizyki, cz. 4, wyd. PWN, Warszawa 2003  P. Walczak, G. F. Wojewoda, Fizyka i astronomia, zakres podstawowy, podręcznik, cz. 2, wyd. OPERON, Gdynia 2007