Տիպիկ լուսային էֆեկտները, որոնք յուրաքանչյուր մարդ հաճախ հանդիպում է առօրյա կյանքում, արտացոլումն ու բեկումն է: Այս հոդվածում մենք կքննարկենք այն դեպքը, երբ երկու էֆեկտներն էլ դրսևորվեն նույն գործընթացում, կխոսենք ներքին ընդհանուր արտացոլման ֆենոմենի մասին։
Լույսի արտացոլում
Լույսի ներքին ընդհանուր արտացոլման ֆենոմենը դիտարկելուց առաջ դուք պետք է ծանոթանաք սովորական անդրադարձման և բեկման ազդեցությանը։ Սկսենք առաջինից։ Պարզության համար մենք կդիտարկենք միայն լույսը, թեև այս երևույթները բնորոշ են ցանկացած բնույթի ալիքին։
Անդրադարձը հասկացվում է որպես մեկ ուղղագիծ հետագծի փոփոխություն, որի երկայնքով լույսի ճառագայթը շարժվում է դեպի մեկ այլ ուղղագիծ, երբ այն իր ճանապարհին բախվում է խոչընդոտի: Այս էֆեկտը կարելի է նկատել, երբ լազերային ցուցիչը հայելուն ուղղելիս: Երկնքի և ծառերի պատկերների հայտնվելը ջրի մակերեսին նայելիս նույնպես արևի լույսի արտացոլման արդյունք է։
Մտածողության համար վավեր է հետևյալ օրենքը՝ անկյուններանկումը և արտացոլումը գտնվում են նույն հարթության վրա՝ արտացոլող մակերեսին ուղղահայաց հետ միասին և հավասար են միմյանց։
Լույսի բեկում
Բրակցման ազդեցությունը նման է արտացոլմանը, միայն այն տեղի է ունենում, եթե լույսի ճառագայթի ճանապարհին խոչընդոտը մեկ այլ թափանցիկ միջավայր է: Այս դեպքում սկզբնական ճառագայթի մի մասը արտացոլվում է մակերեսից, իսկ մի մասն անցնում է երկրորդ միջավայրի մեջ։ Այս վերջին մասը կոչվում է բեկված ճառագայթ, իսկ այն անկյունը, որը կազմում է միջերեսին ուղղահայաց, կոչվում է բեկման անկյուն։ Ճեղքված ճառագայթը գտնվում է նույն հարթության վրա, ինչ արտացոլված և ընկնող ճառագայթը:
Բեկման ուժեղ օրինակներ են մատիտի կոտրումը մի բաժակ ջրի մեջ կամ լճի խաբուսիկ խորությունը, երբ մարդը նայում է ներքևից նրա հատակին:
Մաթեմատիկորեն այս երևույթը նկարագրված է Սնելի օրենքով: Համապատասխան բանաձևն ունի հետևյալ տեսքը՝
1 մեղք (θ1)=n2 մեղք (θ 2).
Այստեղ անկման և բեկման անկյունները համապատասխանաբար նշվում են θ1 և θ2 համապատասխանաբար: n1, n2 մեծությունները արտացոլում են լույսի արագությունը յուրաքանչյուր միջավայրում: Դրանք կոչվում են լրատվամիջոցների բեկման ինդեքսներ։ Որքան մեծ է n-ը, այնքան ավելի դանդաղ է լույսը շարժվում տվյալ նյութում: Օրինակ՝ ջրում լույսի արագությունը 25%-ով պակաս է, քան օդում, ուստի նրա համար բեկման ինդեքսը 1,33 է (օդի համար՝ 1)։
Ընդհանուր ներքին արտացոլման ֆենոմեն
Լույսի բեկման օրենքը հանգեցնում է մեկինՀետաքրքիր արդյունք է, երբ ճառագայթը տարածվում է մեծ n-ով միջավայրից: Եկեք ավելի մանրամասն քննարկենք, թե այս դեպքում ինչ կլինի ճառագայթի հետ: Եկեք դուրս գրենք Սնելի բանաձևը՝
1 մեղք (θ1)=n2 մեղք (θ 2).
Մենք կենթադրենք, որ n1>n2: Այս դեպքում, որպեսզի հավասարությունը մնա ճշմարիտ, θ1 պետք է փոքր լինի θ2-ից: Այս եզրակացությունը միշտ վավեր է, քանի որ դիտարկվում են միայն 0o-ից մինչև 90o անկյունները, որոնց սահմաններում սինուսի ֆունկցիան անընդհատ աճում է: Այսպիսով, երբ ավելի խիտ օպտիկական միջավայրը թողնում ենք ավելի քիչ խիտի համար (n1>n2), ճառագայթը ավելի շատ շեղվում է նորմայից:
Այժմ եկեք մեծացնենք θ1 անկյունը: Արդյունքում կգա այն պահը, երբ θ2 կհավասարվի 90o: Զարմանալի երևույթ է տեղի ունենում. ավելի խիտ միջավայրից արձակված ճառագայթը կմնա դրա մեջ, այսինքն՝ դրա համար երկու թափանցիկ նյութերի միջերեսը կդառնա անթափանց։
Կրիտիկական անկյուն
Անկյունը θ1, որի համար θ2=90o, կոչվում է կրիտիկական է դիտարկվող զույգ լրատվամիջոցների համար: Ցանկացած ճառագայթ, որը հարվածում է միջերեսին կրիտիկական անկյունից ավելի մեծ անկյան տակ, ամբողջությամբ արտացոլվում է առաջին միջավայրում: θc կրիտիկական անկյան համար կարելի է գրել մի արտահայտություն, որն ուղղակիորեն բխում է Սնելի բանաձևից.
sin (θc)=n2 / n1.
Եթեերկրորդ միջավայրը օդն է, այնուհետև այս հավասարությունը պարզեցվում է ձևով՝
sin (θc)=1 / n1.
Օրինակ, ջրի համար կրիտիկական անկյունն է՝
θc=arcsin (1/1, 33)=48, 75o.
Եթե սուզվեք լողավազանի հատակը և նայեք վեր, կտեսնեք երկինքն ու ամպերը, որոնք հոսում են դրա վրայով միայն ձեր գլխի վերևում, իսկ մնացած ջրի մակերեսին տեսանելի կլինեն միայն լողավազանի պատերը:.
Վերոնշյալ պատճառաբանությունից պարզ է դառնում, որ, ի տարբերություն բեկման, ամբողջական անդրադարձումը շրջելի երևույթ չէ, այն տեղի է ունենում միայն ավելի խիտ միջավայրից ավելի քիչ խիտ միջավայր տեղափոխելիս, բայց ոչ հակառակը։
Ընդհանուր արտացոլում բնության և տեխնիկայի մեջ
Բնության մեջ թերևս ամենատարածված ազդեցությունը, որն անհնար է առանց ամբողջական արտացոլման, ծիածանը է: Ծիածանի գույները անձրևի կաթիլներում սպիտակ լույսի ցրման արդյունք են: Այնուամենայնիվ, երբ ճառագայթները անցնում են այս կաթիլների ներսում, նրանք ունենում են մեկ կամ կրկնակի ներքին արտացոլում: Ահա թե ինչու ծիածանը միշտ կրկնակի է հայտնվում։
Օպտիկամանրաթելային տեխնոլոգիայի մեջ օգտագործվում է ներքին ընդհանուր արտացոլման ֆենոմենը։ Օպտիկական մանրաթելերի շնորհիվ հնարավոր է էլեկտրամագնիսական ալիքներն առանց կորստի փոխանցել մեծ հեռավորությունների վրա։
