ما هو التطبيق العملي للانعكاس الداخلي الكلي للضوء. الانعكاس الداخلي الكلي للضوء: الوصف والشروط والقوانين. تطبيق الانعكاس الكلي

عند زاوية معينة لحدوث الضوء $ (\ alpha) _ (pad) = (\ alpha) _ (pred) $ ، وهو ما يسمى زاوية الحد، زاوية الانكسار تساوي $ \ frac (\ pi) (2) ، \ $ في هذه الحالة ، تنزلق الحزمة المنكسرة على طول الواجهة بين الوسائط ، وبالتالي ، لا يوجد شعاع منكسر. ثم ، من قانون الانكسار ، يمكننا كتابة ما يلي:

الصورة 1.

في حالة الانعكاس الكلي ، تكون المعادلة هي:

ليس له حل في منطقة القيم الحقيقية لزاوية الانكسار ($ (\ alpha) _ (pr) $). في هذه الحالة ، $ cos ((\ alpha) _ (pr)) $ تخيلي بحت. إذا لجأنا إلى صيغ Fresnel ، فمن الملائم تمثيلها في النموذج:

حيث يتم الإشارة إلى زاوية السقوط بواسطة $ \ alpha $ (للإيجاز) ، $ n $ هو معامل الانكسار للوسط حيث ينتشر الضوء.

ملاحظة 1

وتجدر الإشارة إلى أن الموجة غير المتجانسة لا تختفي في الوسط الثاني. وبالتالي ، إذا كان $ \ alpha = (\ alpha) _0 = (arcsin \ left (n \ right) ، \ ثم \) $ $ E_ (pr \ bot) = 2E_ (pr \ bot). $ بلا حالة. نظرًا لأن صيغ Fresnel صالحة لحقل أحادي اللون ، أي لعملية ثابتة. في هذه الحالة ، يتطلب قانون حفظ الطاقة أن يكون متوسط التغير في الطاقة خلال الفترة في الوسيط الثاني مساويًا للصفر. تخترق الموجة والجزء المقابل من الطاقة عبر الواجهة إلى الوسط الثاني إلى عمق ضحل لترتيب الطول الموجي وتتحرك فيه بالتوازي مع الواجهة ذات سرعة طور أقل من سرعة طور الموجة في الوسيط الثاني. يعود إلى البيئة الأولى عند نقطة يتم تعويضها من نقطة الدخول.

يمكن ملاحظة تغلغل الموجة في الوسط الثاني في التجربة. لا يمكن ملاحظة شدة الموجة الضوئية في الوسط الثاني إلا على مسافات أصغر من الطول الموجي. بالقرب من الواجهة التي تسقط عليها الموجة الضوئية ، والتي تشهد انعكاسًا كليًا ، على جانب الوسيط الثاني ، يمكن رؤية وهج طبقة رقيقة إذا كانت هناك مادة فلورية في الوسط الثاني.

يؤدي الانعكاس الكلي إلى حدوث السراب عندما يكون سطح الأرض في درجة حرارة عالية. لذا فإن الانعكاس الكلي للضوء الذي يأتي من السحب يؤدي إلى الانطباع بوجود برك على سطح الإسفلت الساخن.

في ظل الانعكاس الطبيعي ، تكون العلاقات $ \ frac (E_ (otr \ bot)) (E_ (pad \ bot)) $ و $ \ frac (E_ (otr //)) (E_ (pad //)) $ حقيقية دائمًا . تحت انعكاس كامل فهي معقدة. هذا يعني أن مرحلة الموجة في هذه الحالة تعاني من قفزة ، بينما تختلف عن الصفر أو $ \ pi $. إذا كانت الموجة مستقطبة بشكل عمودي على مستوى السقوط ، فيمكننا كتابة:

حيث $ (\ delta) _ (\ bot) $ هو قفزة المرحلة المطلوبة. بمساواة الأجزاء الحقيقية والخيالية ، لدينا:

من التعبيرات (5) نحصل على:

وفقًا لذلك ، بالنسبة للموجة المستقطبة في مستوى الوقوع ، يمكن الحصول على:

قفز الطور $ (\ delta) _ (//) $ و $ (\ delta) _ (\ bot) $ ليسا متطابقين. ستكون الموجة المنعكسة مستقطبة بشكل بيضاوي.

تطبيق الانعكاس الكلي

لنفترض أن وسيلتين متطابقتين مفصولة بفجوة هوائية. تسقط عليه موجة ضوئية بزاوية أكبر من الحد. قد يحدث أنه سوف يخترق فجوة الهواء كموجة غير متجانسة. إذا كانت سماكة الفجوة صغيرة ، فستصل هذه الموجة إلى الحد الثاني للمادة ولن تضعف كثيرًا. بعد أن تمر من فجوة الهواء إلى المادة ، ستتحول الموجة مرة أخرى إلى موجة متجانسة. تم إجراء هذه التجربة بواسطة نيوتن. ضغط العالم على منشور آخر ، كان مصقولًا كرويًا ، على وجه الوتر للمنشور المستطيل. في هذه الحالة ، مر الضوء إلى المنشور الثاني ليس فقط من حيث تلامس ، ولكن أيضًا في حلقة صغيرة حول جهة التلامس ، في المكان الذي يكون فيه سمك الفجوة مشابهًا لطول الموجة الطويل. إذا تم إجراء الملاحظات في ضوء أبيض ، فإن حافة الحلقة ذات لون ضارب إلى الحمرة. هذا ما ينبغي أن يكون ، لأن عمق الاختراق يتناسب مع الطول الموجي (بالنسبة للأشعة الحمراء ، يكون أكبر منه للأشعة الزرقاء). من خلال تغيير سمك الفجوة ، من الممكن تغيير شدة الضوء المرسل. شكلت هذه الظاهرة أساس الهاتف الخفيف ، الذي حصل زايس على براءة اختراعه. في هذا الجهاز ، يعمل غشاء شفاف كواحد من الوسائط التي تتأرجح تحت تأثير وقع الصوت عليها. يتغير الضوء الذي يمر عبر فجوة الهواء شدته بمرور الوقت مع تغيرات في قوة الصوت. عند الحصول على الخلية الكهروضوئية ، يولد تيارًا متناوبًا يتغير وفقًا للتغيرات في قوة الصوت. يتم تضخيم التيار الناتج واستخدامه بشكل أكبر.

ظاهرة اختراق الموجة من خلال فجوات رقيقة ليست خاصة بالبصريات. هذا ممكن لموجة من أي طبيعة ، إذا كانت سرعة الطور في الفجوة أعلى من سرعة الطور في بيئة. أهميةهذه الظاهرة لها في الفيزياء النووية والذرية.

ظاهرة كاملة انعكاس داخليتستخدم لتغيير اتجاه انتشار الضوء. لهذا الغرض ، يتم استخدام المنشورات.

مثال 1

ممارسه الرياضه:أعط مثالا على ظاهرة التفكير الكلي ، والتي كثيرا ما نواجهها.

قرار:

يمكن للمرء أن يعطي مثل هذا المثال. إذا كان الطريق السريع شديد السخونة ، تكون درجة حرارة الهواء القصوى بالقرب من سطح الإسفلت وتنخفض مع زيادة المسافة من الطريق. هذا يعني أن معامل انكسار الهواء يكون عند الحد الأدنى على السطح ويزيد مع زيادة المسافة. ونتيجة لذلك ، فإن الأشعة التي لها زاوية صغيرة بالنسبة لسطح الطريق السريع تعاني من انعكاس كلي. إذا ركزت انتباهك ، أثناء القيادة في سيارة ، على جزء مناسب من سطح الطريق السريع ، يمكنك رؤية سيارة تنقلب رأسًا على عقب بعيدًا.

مثال 2

ممارسه الرياضه:ما هي زاوية بروستر لشعاع من الضوء الذي يسقط على سطح بلورة إذا كانت زاوية الحد من الانعكاس الكلي لهذا الشعاع عند السطح البيني البلوري هي 400؟

قرار:

\ [(tg (\ alpha) _b) = \ frac (n) (n_v) = n \ left (2.2 \ right). \]

من التعبير (2.1) لدينا:

نستبدل الجانب الأيمن من التعبير (2.3) في الصيغة (2.2) ، نعبر عن الزاوية المرغوبة:

\ [(\ alpha) _b = arctg \ left (\ frac (1) ((sin \ left ((\ alpha) _ (pred) \ right) \)) \ right). \]

لنقم بالحسابات:

\ [(\ alpha) _b = arctg \ left (\ frac (1) ((sin \ left (40 () ^ \ circ \ right) \)) \ right) \ حوالي 57 () ^ \ circ. \]

إجابه:$ (\ alpha) _b = 57 () ^ \ circ. $

يصعب تخيل بعض قوانين الفيزياء دون استخدام الوسائل البصرية. هذا لا ينطبق على الضوء المعتاد الذي يسقط على أجسام مختلفة. لذلك ، عند الحد الفاصل بين وسيطين ، يحدث تغيير في اتجاه أشعة الضوء إذا كانت هذه الحدود أكبر بكثير مما يحدث عندما يعود جزء من طاقته إلى الوسيط الأول. إذا تغلغل جزء من الأشعة في وسط آخر ، فإنها تنكسر. في فيزياء الطاقة ، الوقوع على حدود اثنين بيئات مختلفةيسمى الحادث ، والذي يعود منه إلى الوسيط الأول يسمى منعكس. بالضبط الترتيب المتبادليحدد من هذه الأشعة قوانين انعكاس وانكسار الضوء.

مصطلحات

تسمى الزاوية بين الحزمة الساقطة والخط العمودي على الواجهة بين وسيطين ، والتي تمت استعادتها إلى نقطة حدوث تدفق الطاقة الضوئية ، هناك مؤشر مهم آخر. هذه هي زاوية الانعكاس. يحدث بين الحزمة المنعكسة والخط العمودي المستعاد إلى نقطة وقوعه. يمكن للضوء أن ينتشر في خط مستقيم فقط في وسط متجانس. بيئات مختلفةتمتص وتعكس الضوء بشكل مختلف. معامل الانعكاس هو القيمة التي تميز انعكاس المادة. إنه يوضح مقدار الطاقة التي يجلبها الإشعاع الضوئي إلى سطح الوسط والتي ستكون تلك التي يتم نقلها بعيدًا عن طريق الإشعاع المنعكس. هذا المعامليعتمد على عدد من العوامل ، من أهمها زاوية السقوط وتكوين الإشعاع. يحدث الانعكاس الكلي للضوء عندما يسقط على أشياء أو مواد ذات سطح عاكس. لذلك ، على سبيل المثال ، يحدث هذا عندما تصطدم الأشعة بغشاء رقيق من الفضة ويترسب الزئبق السائل على الزجاج. الانعكاس الكلي للضوء شائع جدًا في الممارسة.

القوانين

صاغ إقليدس قوانين انعكاس الضوء وانكساره في أوائل القرن الثالث. قبل الميلاد ه. تم إنشاء كل منهم بشكل تجريبي ويمكن تأكيده بسهولة من خلال مبدأ Huygens الهندسي البحت. ووفقًا له ، فإن أي نقطة في الوسط يصل إليها الاضطراب هي مصدر لموجات ثانوية.

الضوء الأول: تقع الحزم الساقطة والعاكسة ، وكذلك الخط العمودي على الواجهة ، المستعادة عند نقطة وقوع الحزمة الضوئية ، في نفس المستوى. يقع على سطح عاكس. موجة مستوية، سطوح الموجة التي تكون شرائط.

ينص قانون آخر على أن زاوية انعكاس الضوء تساوي زاوية السقوط. هذا لأن لديهم جوانب متعامدة بشكل متبادل. بناءً على مبادئ المساواة بين المثلثات ، يترتب على ذلك أن زاوية السقوط تساوي زاوية الانعكاس. يمكن إثبات أنها تقع في نفس المستوى مع استعادة الخط العمودي للواجهة بين الوسائط عند نقطة وقوع الحزمة. هذه القوانين الأكثر أهمية صالحة أيضًا لعكس مسار الضوء. نظرًا لقابلية انعكاس الطاقة ، ستنعكس الحزمة التي تنتشر على طول مسار الانعكاس على طول مسار الحادث.

خصائص الأجسام العاكسة

الغالبية العظمى من الكائنات تعكس فقط إشعاع الضوء الساقط عليها. ومع ذلك ، فهي ليست مصدرًا للضوء. الأجسام المضاءة جيدًا مرئية تمامًا من جميع الجوانب ، حيث ينعكس الإشعاع الصادر من سطحها ويتناثر في اتجاهات مختلفة. هذه الظاهرة تسمى انعكاس منتشر (مبعثر). يحدث عندما يضرب الضوء أي سطح خشن. لتحديد مسار الشعاع المنعكس من الجسم عند نقطة وقوعه ، يتم رسم مستوى يلامس السطح. ثم ، فيما يتعلق به ، يتم بناء زوايا وقوع الأشعة والانعكاس.

انعكاس منتشر

فقط بسبب وجود انعكاس منتشر (منتشر) للطاقة الضوئية ، يمكننا التمييز بين الأشياء غير القادرة على إصدار الضوء. سيكون أي جسم غير مرئي تمامًا بالنسبة لنا إذا كان تشتت الأشعة صفرًا.

لا يسبب الانعكاس المنتشر للطاقة الضوئية إزعاجًا في عيون الشخص. هذا يرجع إلى حقيقة أنه لا يعود كل الضوء إلى بيئته الأصلية. لذلك ينعكس حوالي 85٪ من الإشعاع من الثلج ، و 75٪ من الورق الأبيض ، و 0.5٪ فقط من القطيفة السوداء. عندما ينعكس الضوء من أسطح خشنة مختلفة ، يتم توجيه الأشعة بشكل عشوائي فيما يتعلق ببعضها البعض. اعتمادًا على مدى انعكاس الأسطح لأشعة الضوء ، يطلق عليها اسم غير لامع أو مرآة. ومع ذلك ، فإن هذه المفاهيم نسبية. يمكن أن تكون نفس الأسطح مرآوية وغير لامعة بأطوال موجية مختلفة من الضوء الساقط. سطح ينثر الأشعة بشكل متساوٍ جوانب مختلفة، يعتبر غير لامع تمامًا. على الرغم من عدم وجود مثل هذه الأشياء عمليًا في الطبيعة ، إلا أن الخزف غير المطلي والثلج وورق الرسم قريب جدًا منها.

انعكاس المرآة

يختلف الانعكاس المرآوي لأشعة الضوء عن الأنواع الأخرى في أنه عندما تسقط حزم الطاقة على سطح أملس بزاوية معينة ، فإنها تنعكس في اتجاه واحد. هذه الظاهرة مألوفة لأي شخص استخدم مرآة تحت أشعة الضوء. في هذه الحالة ، هو سطح عاكس. تنتمي الهيئات الأخرى أيضًا إلى هذه الفئة. يمكن تصنيف جميع الأجسام الملساء بصريًا على أنها أسطح مرآة (عاكسة) إذا كانت أحجام عدم التجانس والمخالفات عليها أقل من 1 ميكرون (لا تتجاوز الطول الموجي للضوء). لجميع هذه الأسطح ، فإن قوانين انعكاس الضوء صالحة.

انعكاس الضوء من أسطح المرايا المختلفة

في التكنولوجيا ، غالبًا ما تستخدم المرايا ذات السطح العاكس المنحني (المرايا الكروية). هذه الأجسام هي أجسام لها شكل مقطع كروي. يتم انتهاك التوازي بين الأشعة في حالة انعكاس الضوء من هذه الأسطح بشدة. هناك نوعان من هذه المرايا:

مقعر - يعكس الضوء من السطح الداخلي لجزء من الكرة ، ويطلق عليه تجميع ، حيث يتم جمع أشعة الضوء المتوازية بعد الانعكاس منها عند نقطة واحدة ؛

محدب - يعكس الضوء من السطح الخارجي ، بينما تنتشر الأشعة المتوازية على الجانبين ، وهذا هو سبب تسمية المرايا المحدبة بالانتثار.

خيارات تعكس أشعة الضوء

حادث شعاع موازي تقريبًا للسطح يلامسه قليلاً ، ثم ينعكس بزاوية منفرجة للغاية. ثم يستمر في مسار منخفض جدًا ، أقرب ما يكون إلى السطح. ينعكس حادث شعاع عموديًا تقريبًا تحته زاوية حادة. في هذه الحالة ، سيكون اتجاه الحزمة المنعكسة بالفعل قريبًا من مسار الحزمة الساقطة ، وهو ما يتوافق تمامًا مع القوانين الفيزيائية.

انكسار الضوء

يرتبط الانعكاس ارتباطًا وثيقًا بظواهر البصريات الهندسية الأخرى ، مثل الانكسار والانعكاس الداخلي الكلي. في كثير من الأحيان ، يمر الضوء عبر الحدود بين وسيطين. انكسار الضوء هو تغيير في اتجاه الإشعاع الضوئي. يحدث عندما ينتقل من وسيط إلى آخر. انكسار الضوء نمطين:

تقع الحزمة التي تمر عبر الحدود بين الوسائط في مستوى يمر عبر العمود العمودي على السطح والشعاع الساقط ؛

زاوية السقوط والانكسار مرتبطة ببعضها البعض.

يكون الانكسار دائمًا مصحوبًا بانعكاس الضوء. مجموع طاقات الحزم المنعكسة والمنكسرة للأشعة يساوي طاقة الحزمة الساقطة. تعتمد شدتها النسبية على شعاع الحادث وزاوية السقوط. تعتمد بنية العديد من الأجهزة الضوئية على قوانين انكسار الضوء.

الصورة 1.

في حالة الانعكاس الكلي ، تكون المعادلة هي:

حيث يتم الإشارة إلى زاوية السقوط بواسطة $ \ alpha $ (للإيجاز) ، $ n $ هو معامل الانكسار للوسط حيث ينتشر الضوء.

ملاحظة 1

حيث $ (\ delta) _ (\ bot) $ هو قفزة المرحلة المطلوبة. بمساواة الأجزاء الحقيقية والخيالية ، لدينا:

من التعبيرات (5) نحصل على:

وفقًا لذلك ، بالنسبة للموجة المستقطبة في مستوى الوقوع ، يمكن الحصول على:

قفز الطور $ (\ delta) _ (//) $ و $ (\ delta) _ (\ bot) $ ليسا متطابقين. ستكون الموجة المنعكسة مستقطبة بشكل بيضاوي.

تطبيق الانعكاس الكلي

ظاهرة اختراق الموجة من خلال فجوات رقيقة ليست خاصة بالبصريات. هذا ممكن لموجة من أي طبيعة ، إذا كانت سرعة الطور في الفجوة أعلى من سرعة الطور في البيئة. هذه الظاهرة لها أهمية كبيرة في الفيزياء النووية والذرية.

يتم استخدام ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي لتغيير اتجاه انتشار الضوء. لهذا الغرض ، يتم استخدام المنشورات.

مثال 1

ممارسه الرياضه:أعط مثالا على ظاهرة التفكير الكلي ، والتي كثيرا ما نواجهها.

قرار:

مثال 2

قرار:

\ [(tg (\ alpha) _b) = \ frac (n) (n_v) = n \ left (2.2 \ right). \]

من التعبير (2.1) لدينا:

نستبدل الجانب الأيمن من التعبير (2.3) في الصيغة (2.2) ، نعبر عن الزاوية المرغوبة:

\ [(\ alpha) _b = arctg \ left (\ frac (1) ((sin \ left ((\ alpha) _ (pred) \ right) \)) \ right). \]

لنقم بالحسابات:

\ [(\ alpha) _b = arctg \ left (\ frac (1) ((sin \ left (40 () ^ \ circ \ right) \)) \ right) \ حوالي 57 () ^ \ circ. \]

إجابه:$ (\ alpha) _b = 57 () ^ \ circ. $

ينص قانون الانكسار ، الذي يستخدم غالبًا في البصريات ، على ما يلي:

\ [\ frac ((\ sin \ alpha \)) ((\ sin \ gamma \)) = n_ (21) \ to \ frac ((\ sin \ alpha \)) (n_ (21)) = (\ sin \ جاما \) \ يسار (1 \ يمين) \]

$ \ alpha $ - زاوية السقوط ؛ $ \ gamma $ - زاوية الانكسار ؛ $ = \ frac (n_2) (n_1) $ - معامل الانكسار النسبي. يتضح من المعادلة (1) أنه إذا كان $ n_ (21) 1 \) ، $ وهو أمر غير منطقي. تحدث حالة مماثلة لجميع قيم زاوية السقوط ($ \ alpha $) التي تفي بالشرط $ (\ sin \ alpha \)> n_ (21) $ ، وهو ممكن لـ $ n_ (21)

استخدام ظاهرة الانعكاس الكلي

زاوية السقوط ($ \ alpha $) التي عندها تحقق الشرط:

\ [(sin (\ alpha) _ (kr) \) = n_ (21) (2) \]

تسمى الزاوية الحرجة أو المحددة. عندما يتم استيفاء الشرط (2) ، لا يمكننا ملاحظة الموجة المنكسرة ، تنعكس موجة الضوء بأكملها مرة أخرى في المادة الأولى. هذه الظاهرة تسمى ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي.

النظر في اثنين مواد متطابقةمفصولة بطبقة رقيقة من الهواء. يسقط شعاع من الضوء على هذه الطبقة بزاوية أكبر من الزاوية الحرجة. يمكن أن تكون الموجة الضوئية التي تدخل فجوة الهواء غير متجانسة. لنفترض أن سماكة فجوة الهواء صغيرة ، بينما تسقط موجة الضوء على الحد الثاني للمادة ، والتي لا تضعف بشدة. بعد أن انتشرت من فجوة الهواء إلى المادة ، ستصبح الموجة متجانسة مرة أخرى. تم إجراء هذه التجربة بواسطة نيوتن. قام بتطبيق وجه مسطح طويل من منشور مستطيل على جسم ذو وجه كروي. دخل الضوء إلى المنشور الثاني ليس فقط عند نقطة التلامس بين الأجسام ، ولكن أيضًا في حيز حلقي صغير بالقرب من نقطة التلامس ، حيث يكون سمك الفجوة الهوائية بترتيب الطول الموجي. عند إجراء تجارب بالضوء الأبيض ، اكتسبت حافة الحلقة لونًا ضارب إلى الحمرة ، نظرًا لأن عمق الاختراق يتناسب مع الطول الموجي (وبالنسبة للأشعة الحمراء فهو أكبر من الأشعة الزرقاء). عن طريق تغيير سمك فجوة الهواء ، ستتغير شدة الضوء المرسل. أصبحت هذه الظاهرة أساس الهاتف الخفيف ، الذي حصل زايس على براءة اختراعه. في الجهاز المطور ، كان أحد الوسطاء عبارة عن غشاء شفاف يتأرجح عند تعرضه لسقوط الصوت عليه. يغير الضوء الذي ينتشر عبر فجوة الهواء شدته بمرور الوقت مع تغيرات في قوة الصوت. بسبب الضوء الذي يصطدم بالخلية الكهروضوئية ، يتم توليد تيار متناوب ، والذي يعتمد بدوره على التغيرات في قوة الصوت. يتم تضخيم التيار الناتج واستخدامه بشكل أكبر.

تطبيق ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي

يعتمد جهاز الجهاز على ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي ، والتي يمكن من خلالها تحديد معامل الانكسار لمادة - مقياس الانكسار Abbe-Pulrich. يحدث الانعكاس الداخلي الكلي عند الحد الفاصل بين الزجاج ، حيث يكون معامل انكساره كبيرًا ومعروفًا ، وطبقة رقيقة من السائل تترسب على سطح الزجاج. يتكون مقياس الانكسار من منشور زجاجي AA (يتم وضع السائل قيد الفحص بين زجاج المنشور) ، ومرشح ضوئي (F) ، ورافعة تدور حول الأنبوب T ، ومقياس على شكل قوس (D) ، حيث يتم تحديد القيم تم رسم مؤشرات الانكسار (الشكل 1). يمر شعاع الضوء S عبر المرشح ويختبر انعكاسًا داخليًا كليًا في واجهة المنشور الإسقاط. لا يزيد خطأ مقياس الانكسار عن 0.1٪.

بناءً على ظاهرة الانعكاس الداخلي الكلي ، تعتمد الألياف الضوئية ، حيث تتشكل الصور عندما ينتشر الضوء من خلال أدلة الضوء. أدلة الضوء عبارة عن مجموعات من الألياف المرنة المصنوعة من مواد شفافة ، على سبيل المثال ، من ذوبان رمل الكوارتز ، مغطاة بغلاف من مادة شفافة مع معامل انكسار أقل من الزجاج. نتيجة لانعكاسات متعددة ، يتم توجيه الموجة الضوئية في الألياف على طول المسار المطلوب. يمكن استخدام مجمعات الألياف الضوئية لدراسة الأعضاء الداخلية أو نقل المعلومات باستخدام أجهزة الكمبيوتر.

يعتمد المنظار (جهاز المراقبة من الملجأ) على ظاهرة الانعكاس الكلي. في المناظير ، تُستخدم المرايا أو أنظمة العدسات لتغيير اتجاه انتشار الضوء.

أمثلة على مشاكل الحل

مثال 1

يمارس.اشرح لماذا يحدث بريق ("اللعب") للأحجار الكريمة أثناء معالجة المجوهرات؟

قرار.عند قطع الأحجار الكريمة ، يتم اختيار طريقة معالجتها بحيث يحدث انعكاس كامل للضوء على كل وجه من وجوهها. لذلك ، على سبيل المثال ، الشكل 2

مثال 2

يمارس.ماذا ستكون الزاوية المحددة للانعكاس الداخلي الكلي لملح الصخور إذا كان معامل انكساره $ n = 1.54 $؟

قرار.دعنا نصور مسار الأشعة عندما يصطدم الضوء من الهواء بلورة الملح في الشكل 3.

نكتب قانون الانعكاس الداخلي الكلي:

\ [(sin (\ alpha) _ (kr) \) = n_ (21) \ left (2.1 \ right)، \]

حيث $ n_ (21) = \ frac (n_1) (n) \ $ ($ n_1 = 1 $ هو معامل انكسار الهواء) ، ثم:

\ [(\ alpha) _ (kr) = (\ arcsin (\ frac (n_1) (n)) \). \]

لنقم بالحسابات:

\ [(\ alpha) _ (kr) = (\ arcsin \ left (\ frac (1) (1.54) \ right) \ تقريبًا 40.5 () ^ \ circ \). \]

إجابه.$ (\ alpha) _ (kr) = 40.5 () ^ \ circ $

نشاط

المنظار الرقمي

هنا ابتكار تقني.

تم استبدال القناة البصرية التقليدية للمناظير الحالية بكاميرات الفيديو دقة عاليةوالألياف البصرية. تنتقل المعلومات من كاميرات المراقبة الخارجية في الوقت الحقيقي إلى شاشة عريضة في المركز المركزي.

وتجرى الاختبارات على متن الغواصة SSN 767 هامبتون من طراز لوس أنجلوس. يغير النموذج الجديد تمامًا الممارسة المتبعة منذ عقود من العمل باستخدام المنظار. الآن يعمل ضابط الساعة مع الكاميرات المثبتة على ذراع الرافعة ، ويقوم بضبط العرض على الشاشة باستخدام عصا التحكم ولوحة المفاتيح.

بالإضافة إلى العرض في المنشور المركزي ، يمكن عرض الصورة من المنظار بشكل تعسفي رقم ضخميعرض في جميع أنحاء القارب. تتيح الكاميرات إمكانية مراقبة قطاعات مختلفة من الأفق في وقت واحد ، مما يزيد بشكل كبير من سرعة رد فعل الساعة على التغييرات في الوضع التكتيكي على السطح.

كيف نفسر "مسرحية الحجارة"؟ في المجوهرات ، يتم قطع الأحجار بطريقة بحيث يكون لكل وجه انعكاس كامل للضوء.

تفسر ظاهرة السراب بظاهرة داخلية كاملة.

السراب ظاهرة بصرية في الغلاف الجوي: انعكاس الضوء من خلال حد بين طبقات الهواء التي تختلف اختلافًا حادًا في الدفء. بالنسبة للمراقب ، يتألف هذا الانعكاس من حقيقة أنه ، جنبًا إلى جنب مع كائن بعيد (أو جزء من السماء) ، تكون صورته التخيلية ، النازحة بالنسبة للكائن ، مرئية.

يتم تمييز السراب إلى سفلية ، مرئية تحت الجسم ، وأعلى منها ، وفوق الكائن ، وأخرى جانبية. يُلاحظ وجود سراب متفوق فوق سطح الأرض البارد ، وهو سراب أقل شأنا فوق سطح مستوٍ محموم ، وغالبًا ما يكون طريقًا صحراويًا أو طريقًا ممهدًا. الصورة الخيالية للسماء تخلق وهمًا بوجود الماء على السطح. لذا ، فإن الطريق الذي يقطع مسافة بعيدة في يوم صيفي حار يبدو رطبًا. يُلاحظ أحيانًا السراب الجانبي بالقرب من الجدران أو الصخور شديدة الحرارة.