À un certain angle d'incidence de la lumière $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$, qui s'appelle angle limite, l'angle de réfraction est égal à $\frac(\pi )(2),\ $dans ce cas, le faisceau réfracté glisse le long de l'interface entre les milieux, il n'y a donc pas de faisceau réfracté. Alors, à partir de la loi de réfraction, on peut écrire que :

Image 1.

Dans le cas de la réflexion totale, l'équation est :

n'a pas de solution dans la région des valeurs réelles de l'angle de réfraction ($(\alpha)_(pr)$). Dans ce cas, $cos((\alpha )_(pr))$ est purement imaginaire. Si nous nous tournons vers les formules de Fresnel, il convient alors de les représenter sous la forme :

où l'angle d'incidence est noté $\alpha $ (par souci de brièveté), $n$ est l'indice de réfraction du milieu où se propage la lumière.

Les formules de Fresnel montrent que les modules $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot )\right|$, $\left|E_(otr//)\right|=\ left |E_(otr//)\right|$ ce qui signifie que la réflexion est "pleine".

Remarque 1

Il est à noter que l'onde inhomogène ne disparaît pas dans le second milieu. Ainsi, si $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ aucun cas. Puisque les formules de Fresnel sont valables pour un champ monochromatique, c'est-à-dire pour un processus stationnaire. Dans ce cas, la loi de conservation de l'énergie exige que la variation moyenne de l'énergie sur la période dans le second milieu soit égale à zéro. L'onde et la fraction d'énergie correspondante pénètrent à travers l'interface dans le second milieu jusqu'à une faible profondeur de l'ordre de la longueur d'onde et s'y déplacent parallèlement à l'interface avec une vitesse de phase inférieure à la vitesse de phase de l'onde dans le deuxième médium. Il revient au premier environnement à un point décalé du point d'entrée.

La pénétration de l'onde dans le second milieu peut être observée dans l'expérience. L'intensité de l'onde lumineuse dans le second milieu n'est perceptible qu'à des distances inférieures à la longueur d'onde. Près de l'interface sur laquelle tombe l'onde lumineuse, qui subit une réflexion totale, du côté du deuxième milieu, on peut voir la lueur d'une couche mince s'il y a une substance fluorescente dans le deuxième milieu.

La réflexion totale provoque des mirages lorsque la surface de la Terre est à haute température. Ainsi, la réflexion totale de la lumière provenant des nuages ​​donne l'impression qu'il y a des flaques d'eau à la surface de l'asphalte chauffé.

En réflexion normale, les relations $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ et $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ sont toujours réelles . En réflexion totale, ils sont complexes. Cela signifie que dans ce cas la phase de l'onde subit un saut, alors qu'elle est différente de zéro ou $\pi $. Si l'onde est polarisée perpendiculairement au plan d'incidence, alors on peut écrire :

où $(\delta )_(\bot )$ est le saut de phase souhaité. En mettant en équation les parties réelles et imaginaires, on a :

A partir des expressions (5) on obtient :

Ainsi, pour une onde polarisée dans le plan d'incidence, on peut obtenir :

Les sauts de phase $(\delta )_(//)$ et $(\delta )_(\bot )$ ne sont pas les mêmes. L'onde réfléchie sera polarisée elliptiquement.

Application de la réflexion totale

Supposons que deux milieux identiques soient séparés par un mince entrefer. Une onde lumineuse tombe dessus avec un angle supérieur à la limite. Il peut arriver qu'il pénètre dans l'entrefer sous forme d'onde inhomogène. Si l'épaisseur de l'écart est faible, cette onde atteindra la deuxième limite de la substance et ne sera pas très affaiblie. Passée de l'entrefer dans la substance, l'onde redeviendra homogène. Une telle expérience a été réalisée par Newton. Le scientifique pressa un autre prisme, qui était poli sphériquement, sur la face hypoténuse d'un prisme rectangulaire. Dans ce cas, la lumière est passée dans le deuxième prisme non seulement là où ils se touchent, mais aussi dans un petit anneau autour du contact, à l'endroit où l'épaisseur de l'écart est comparable à la longueur d'onde. Si les observations ont été faites en lumière blanche, le bord de l'anneau avait une couleur rougeâtre. C'est normal, puisque la profondeur de pénétration est proportionnelle à la longueur d'onde (pour les rayons rouges, elle est plus grande que pour les bleus). En modifiant l'épaisseur de l'espace, il est possible de modifier l'intensité de la lumière transmise. Ce phénomène a formé la base du téléphone léger, qui a été breveté par Zeiss. Dans ce dispositif, une membrane transparente agit comme l'un des supports, qui oscille sous l'action du son incident sur elle. La lumière qui traverse l'entrefer change d'intensité dans le temps avec les variations de la force du son. Montant sur la cellule photoélectrique, il génère un courant alternatif, qui change en fonction des changements dans la force du son. Le courant résultant est amplifié et utilisé ultérieurement.

Les phénomènes de pénétration d'ondes à travers des interstices minces ne sont pas spécifiques à l'optique. Ceci est possible pour une onde de toute nature, si la vitesse de phase dans l'entrefer est supérieure à la vitesse de phase dans environnement. Importance ce phénomène a en physique nucléaire et atomique.

Le phénomène de complète réflexion interne utilisé pour changer la direction de propagation de la lumière. A cet effet, des prismes sont utilisés.

Exemple 1

Exercer: Donner un exemple du phénomène de réflexion totale, que l'on rencontre souvent.

Décision:

On peut donner un tel exemple. S'il fait très chaud sur l'autoroute, la température de l'air est maximale près de la surface de l'asphalte et diminue à mesure que l'on s'éloigne de la route. Cela signifie que l'indice de réfraction de l'air est minimal à la surface et augmente avec l'augmentation de la distance. Il en résulte que les rayons ayant un petit angle par rapport à la surface de la route subissent une réflexion totale. Si vous concentrez votre attention, alors que vous conduisez une voiture, sur une section appropriée de la surface de l'autoroute, vous pouvez voir une voiture se renverser assez loin devant.

Exemple 2

Exercer: Quel est l'angle de Brewster pour un faisceau de lumière qui tombe sur la surface d'un cristal si l'angle limite de réflexion totale de ce faisceau à l'interface air-cristal est de 400 ?

Décision:

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

De l'expression (2.1) nous avons :

Nous substituons le côté droit de l'expression (2.3) dans la formule (2.2), nous exprimons l'angle souhaité :

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

Faisons les calculs :

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

Réponse:$(\alpha )_b=57()^\circ .$

Certaines lois de la physique sont difficiles à imaginer sans l'aide d'aides visuelles. Cela ne s'applique pas à la lumière habituelle tombant sur divers objets. Ainsi, à la frontière séparant deux milieux, un changement de direction des rayons lumineux se produit si cette frontière est beaucoup plus grande que lorsque la lumière se produit lorsqu'une partie de son énergie retourne au premier milieu. Si une partie des rayons pénètre dans un autre milieu, alors ils sont réfractés. En physique de l'énergie, tombant à la limite de deux divers environnements, est appelé incident, et celui qui en revient vers le premier milieu est appelé réfléchi. Exactement arrangement mutuel de ces rayons détermine les lois de réflexion et de réfraction de la lumière.

termes

L'angle entre le faisceau incident et la ligne perpendiculaire à l'interface entre deux milieux, restitué au point d'incidence du flux d'énergie lumineuse, est appelé Il existe un autre indicateur important. C'est l'angle de réflexion. Elle se produit entre le faisceau réfléchi et la ligne perpendiculaire restituée au point de son incidence. La lumière ne peut se propager en ligne droite que dans un milieu homogène. Différents environnements absorber et refléter la lumière différemment. Le coefficient de réflexion est une valeur qui caractérise la réflectivité d'une substance. Il montre quelle quantité d'énergie apportée par le rayonnement lumineux à la surface du milieu sera celle qui en sera emportée par le rayonnement réfléchi. Ce coefficient dépend d'un certain nombre de facteurs, l'un des plus importants étant l'angle d'incidence et la composition du rayonnement. La réflexion totale de la lumière se produit lorsqu'elle tombe sur des objets ou des substances à surface réfléchissante. Ainsi, par exemple, cela se produit lorsque les rayons frappent un mince film d'argent et de mercure liquide déposé sur le verre. La réflexion totale de la lumière est assez courante dans la pratique.

Les lois

Les lois de la réflexion et de la réfraction de la lumière ont été formulées par Euclide dès le IIIe siècle. avant JC e. Tous ont été établis expérimentalement et sont facilement confirmés par le principe purement géométrique de Huygens. Selon lui, tout point du milieu auquel parvient la perturbation est une source d'ondes secondaires.

Première lumière : les faisceaux incident et réfléchissant, ainsi que la perpendiculaire à l'interface, restituée au point d'incidence du faisceau lumineux, sont situés dans un même plan. tombe sur une surface réfléchissante. onde plane, dont les surfaces d'onde sont des rayures.

Une autre loi stipule que l'angle de réflexion de la lumière est égal à l'angle d'incidence. C'est parce qu'ils ont des côtés mutuellement perpendiculaires. Sur la base des principes d'égalité des triangles, il s'ensuit que l'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion. On peut facilement prouver qu'ils sont dans le même plan avec la perpendiculaire restituée à l'interface entre les milieux au point d'incidence du faisceau. Ces lois les plus importantes sont également valables pour le cours inverse de la lumière. Du fait de la réversibilité de l'énergie, un faisceau se propageant le long du trajet du réfléchi sera réfléchi le long du trajet de l'incident.

Propriétés des corps réfléchissants

La grande majorité des objets ne réfléchissent que le rayonnement lumineux incident sur eux. Cependant, ils ne sont pas une source de lumière. Les corps bien éclairés sont parfaitement visibles de tous les côtés, car le rayonnement de leur surface est réfléchi et diffusé dans différentes directions. Ce phénomène est appelé réflexion diffuse (dispersée). Cela se produit lorsque la lumière frappe une surface rugueuse. Pour déterminer la trajectoire du faisceau réfléchi par le corps au point de son incidence, un plan est dessiné qui touche la surface. Puis, par rapport à lui, les angles d'incidence des rayons et de réflexion sont construits.

réflexion diffuse

Ce n'est qu'en raison de l'existence d'une réflexion diffuse (diffuse) de l'énergie lumineuse que nous distinguons les objets qui ne sont pas capables d'émettre de la lumière. Tout corps nous sera absolument invisible si la diffusion des rayons est nulle.

La réflexion diffuse de l'énergie lumineuse ne cause pas d'inconfort aux yeux d'une personne. Cela est dû au fait que toute la lumière ne retourne pas dans son environnement d'origine. Ainsi, environ 85 % du rayonnement est réfléchi par la neige, 75 % par le papier blanc et seulement 0,5 % par le velours noir. Lorsque la lumière est réfléchie par diverses surfaces rugueuses, les rayons sont dirigés de manière aléatoire les uns par rapport aux autres. Selon la mesure dans laquelle les surfaces réfléchissent les rayons lumineux, on les appelle mat ou miroir. Cependant, ces termes sont relatifs. Les mêmes surfaces peuvent être spéculaires et mates à différentes longueurs d'onde de lumière incidente. Une surface qui diffuse uniformément les rayons différents côtés, est considéré comme absolument mat. Bien qu'il n'y ait pratiquement pas de tels objets dans la nature, la porcelaine non émaillée, la neige et le papier à dessin en sont très proches.

Reflet miroir

La réflexion spéculaire des rayons lumineux diffère des autres types en ce que lorsque des faisceaux d'énergie tombent sur une surface lisse à un certain angle, ils sont réfléchis dans une direction. Ce phénomène est familier à quiconque a déjà utilisé un miroir sous les rayons de lumière. Dans ce cas, il s'agit d'une surface réfléchissante. D'autres organismes appartiennent également à cette catégorie. Tous les objets optiquement lisses peuvent être classés comme surfaces miroir (réfléchissantes) si la taille des inhomogénéités et des irrégularités sur eux est inférieure à 1 micron (ne dépasse pas la longueur d'onde de la lumière). Pour toutes ces surfaces, les lois de réflexion de la lumière sont valables.

Réflexion de la lumière de différentes surfaces de miroir

En technologie, des miroirs à surface réfléchissante incurvée (miroirs sphériques) sont souvent utilisés. De tels objets sont des corps ayant la forme d'un segment sphérique. Le parallélisme des rayons en cas de réflexion de la lumière sur de telles surfaces est fortement violé. Il existe deux types de miroirs de ce type :

Concave - réfléchissent la lumière de la surface interne d'un segment de la sphère, ils sont appelés collecteurs, car des rayons de lumière parallèles après réflexion sont collectés en un point;

Convexe - réfléchit la lumière de la surface extérieure, tandis que les rayons parallèles sont diffusés sur les côtés, c'est pourquoi les miroirs convexes sont appelés diffusion.

Options de réflexion des rayons lumineux

Un faisceau incident presque parallèle à la surface ne la touche que légèrement, puis est réfléchi sous un angle très obtus. Il continue ensuite sur une trajectoire très basse, au plus près de la surface. Un rayon incident presque verticalement est réfléchi sous angle aigu. Dans ce cas, la direction du faisceau déjà réfléchi sera proche de la trajectoire du faisceau incident, ce qui est parfaitement conforme aux lois physiques.

Réfraction de la lumière

La réflexion est étroitement liée à d'autres phénomènes optique géométrique, comme la réfraction et la réflexion interne totale. Souvent, la lumière traverse la frontière entre deux milieux. La réfraction de la lumière est un changement de direction du rayonnement optique. Il se produit lorsqu'il passe d'un milieu à un autre. La réfraction de la lumière a deux modèles :

Le faisceau qui a traversé la frontière entre les milieux est situé dans un plan qui passe par la perpendiculaire à la surface et le faisceau incident ;

L'angle d'incidence et de réfraction sont liés.

La réfraction s'accompagne toujours d'une réflexion de la lumière. La somme des énergies des faisceaux de rayons réfléchis et réfractés est égale à l'énergie du faisceau incident. Leur intensité relative dépend du faisceau incident et de l'angle d'incidence. La structure de nombreux dispositifs optiques est basée sur les lois de la réfraction de la lumière.

À un certain angle d'incidence de la lumière $(\alpha )_(pad)=(\alpha )_(pred)$, qui s'appelle angle limite, l'angle de réfraction est égal à $\frac(\pi )(2),\ $dans ce cas, le faisceau réfracté glisse le long de l'interface entre les milieux, il n'y a donc pas de faisceau réfracté. Alors, à partir de la loi de réfraction, on peut écrire que :

Image 1.

Dans le cas de la réflexion totale, l'équation est :

n'a pas de solution dans la région des valeurs réelles de l'angle de réfraction ($(\alpha)_(pr)$). Dans ce cas, $cos((\alpha )_(pr))$ est purement imaginaire. Si nous nous tournons vers les formules de Fresnel, il convient alors de les représenter sous la forme :

où l'angle d'incidence est noté $\alpha $ (par souci de brièveté), $n$ est l'indice de réfraction du milieu où se propage la lumière.

Les formules de Fresnel montrent que les modules $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot )\right|$, $\left|E_(otr//)\right|=\ left |E_(otr//)\right|$ ce qui signifie que la réflexion est "pleine".

Remarque 1

Il est à noter que l'onde inhomogène ne disparaît pas dans le second milieu. Ainsi, si $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ then\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ aucun cas. Puisque les formules de Fresnel sont valables pour un champ monochromatique, c'est-à-dire pour un processus stationnaire. Dans ce cas, la loi de conservation de l'énergie exige que la variation moyenne de l'énergie sur la période dans le second milieu soit égale à zéro. L'onde et la fraction d'énergie correspondante pénètrent à travers l'interface dans le second milieu jusqu'à une faible profondeur de l'ordre de la longueur d'onde et s'y déplacent parallèlement à l'interface avec une vitesse de phase inférieure à la vitesse de phase de l'onde dans le deuxième médium. Il revient au premier environnement à un point décalé du point d'entrée.

La pénétration de l'onde dans le second milieu peut être observée dans l'expérience. L'intensité de l'onde lumineuse dans le second milieu n'est perceptible qu'à des distances inférieures à la longueur d'onde. Près de l'interface sur laquelle tombe l'onde lumineuse, qui subit une réflexion totale, du côté du deuxième milieu, on peut voir la lueur d'une couche mince s'il y a une substance fluorescente dans le deuxième milieu.

La réflexion totale provoque des mirages lorsque la surface de la Terre est à haute température. Ainsi, la réflexion totale de la lumière provenant des nuages ​​donne l'impression qu'il y a des flaques d'eau à la surface de l'asphalte chauffé.

En réflexion normale, les relations $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ et $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ sont toujours réelles . En réflexion totale, ils sont complexes. Cela signifie que dans ce cas la phase de l'onde subit un saut, alors qu'elle est différente de zéro ou $\pi $. Si l'onde est polarisée perpendiculairement au plan d'incidence, alors on peut écrire :

où $(\delta )_(\bot )$ est le saut de phase souhaité. En mettant en équation les parties réelles et imaginaires, on a :

A partir des expressions (5) on obtient :

Ainsi, pour une onde polarisée dans le plan d'incidence, on peut obtenir :

Les sauts de phase $(\delta )_(//)$ et $(\delta )_(\bot )$ ne sont pas les mêmes. L'onde réfléchie sera polarisée elliptiquement.

Application de la réflexion totale

Supposons que deux milieux identiques soient séparés par un mince entrefer. Une onde lumineuse tombe dessus avec un angle supérieur à la limite. Il peut arriver qu'il pénètre dans l'entrefer sous forme d'onde inhomogène. Si l'épaisseur de l'écart est faible, cette onde atteindra la deuxième limite de la substance et ne sera pas très affaiblie. Passée de l'entrefer dans la substance, l'onde redeviendra homogène. Une telle expérience a été réalisée par Newton. Le scientifique pressa un autre prisme, qui était poli sphériquement, sur la face hypoténuse d'un prisme rectangulaire. Dans ce cas, la lumière est passée dans le deuxième prisme non seulement là où ils se touchent, mais aussi dans un petit anneau autour du contact, à l'endroit où l'épaisseur de l'écart est comparable à la longueur d'onde. Si les observations ont été faites en lumière blanche, le bord de l'anneau avait une couleur rougeâtre. C'est normal, puisque la profondeur de pénétration est proportionnelle à la longueur d'onde (pour les rayons rouges, elle est plus grande que pour les bleus). En modifiant l'épaisseur de l'espace, il est possible de modifier l'intensité de la lumière transmise. Ce phénomène a formé la base du téléphone léger, qui a été breveté par Zeiss. Dans ce dispositif, une membrane transparente agit comme l'un des supports, qui oscille sous l'action du son incident sur elle. La lumière qui traverse l'entrefer change d'intensité dans le temps avec les variations de la force du son. Montant sur la cellule photoélectrique, il génère un courant alternatif, qui change en fonction des changements dans la force du son. Le courant résultant est amplifié et utilisé ultérieurement.

Les phénomènes de pénétration d'ondes à travers des interstices minces ne sont pas spécifiques à l'optique. Ceci est possible pour une onde de toute nature, si la vitesse de phase dans l'entrefer est supérieure à la vitesse de phase dans l'environnement. Ce phénomène est d'une grande importance en physique nucléaire et atomique.

Le phénomène de réflexion interne totale est utilisé pour changer la direction de propagation de la lumière. A cet effet, des prismes sont utilisés.

Exemple 1

Exercer: Donner un exemple du phénomène de réflexion totale, que l'on rencontre souvent.

Décision:

On peut donner un tel exemple. S'il fait très chaud sur l'autoroute, la température de l'air est maximale près de la surface de l'asphalte et diminue à mesure que l'on s'éloigne de la route. Cela signifie que l'indice de réfraction de l'air est minimal à la surface et augmente avec l'augmentation de la distance. Il en résulte que les rayons ayant un petit angle par rapport à la surface de la route subissent une réflexion totale. Si vous concentrez votre attention, alors que vous conduisez une voiture, sur une section appropriée de la surface de l'autoroute, vous pouvez voir une voiture se renverser assez loin devant.

Exemple 2

Exercer: Quel est l'angle de Brewster pour un faisceau de lumière qui tombe sur la surface d'un cristal si l'angle limite de réflexion totale de ce faisceau à l'interface air-cristal est de 400 ?

Décision:

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

De l'expression (2.1) nous avons :

Nous substituons le côté droit de l'expression (2.3) dans la formule (2.2), nous exprimons l'angle souhaité :

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

Faisons les calculs :

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

Réponse:$(\alpha )_b=57()^\circ .$

La loi de la réfraction, souvent utilisée en optique, dit que :

\[\frac((\sin \alpha \ ))((\sin \gamma \ ))=n_(21)\to \frac((\sin \alpha \ ))(n_(21))=(\sin \gamma \ )\gauche(1\droite),\]

$\alpha $ - angle d'incidence ; $\gamma $ - angle de réfraction ; $=\frac(n_2)(n_1)$ - indice de réfraction relatif. Il ressort de l'équation (1) que si $n_(21) 1\ ),$ ce qui n'a pas de sens. Un cas similaire se produit pour toutes les valeurs de l'angle d'incidence ($\alpha $) qui satisfont la condition $(\sin \alpha \ )>n_(21)$, ce qui est possible pour $n_(21)

Utilisation du phénomène de réflexion totale

Angle d'incidence ($\alpha $) auquel la condition est remplie :

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

appelé angle critique ou limite. Lorsque la condition (2) est remplie, nous ne pouvons pas observer l'onde réfractée, toute l'onde lumineuse est réfléchie dans la première substance. Ce phénomène est appelé phénomène de réflexion interne totale.

Considérez deux substances identiques séparés par une fine couche d'air. Un faisceau de lumière tombe sur cette couche à un angle supérieur à l'angle critique. L'onde lumineuse entrant dans l'entrefer peut être inhomogène. Supposons que l'épaisseur de l'entrefer soit faible, tandis que l'onde lumineuse tombe sur la deuxième frontière de la substance, qui n'est pas fortement affaiblie. Après s'être propagée de l'entrefer dans la substance, l'onde redeviendra homogène. Cette expérience a été réalisée par Newton. Il a appliqué une longue face plate d'un prisme rectangulaire sur un corps à face sphérique. La lumière pénétrait dans le deuxième prisme non seulement au point de contact entre les corps, mais aussi dans un petit espace annulaire près du point de contact, où l'épaisseur de l'entrefer est de l'ordre égale à la longueur vagues. Lors de la réalisation d'expériences avec de la lumière blanche, le bord de l'anneau a acquis une couleur rougeâtre, car la profondeur de pénétration est proportionnelle à la longueur d'onde (et pour les rayons rouges, elle est supérieure à celle des bleus). En changeant l'épaisseur de l'entrefer, l'intensité de la lumière transmise changera. Ce phénomène est devenu la base du téléphone léger, qui a été breveté par Zeiss. Dans le dispositif développé, un support était une membrane transparente, qui oscille lorsqu'elle est exposée au son qui tombe dessus. La lumière se propageant à travers l'entrefer change d'intensité dans le temps avec les variations de la force du son. En raison de la lumière frappant la cellule photoélectrique, un courant alternatif est généré, qui à son tour dépend des changements dans la force du son. Le courant résultant est amplifié et utilisé ultérieurement.

Application du phénomène de réflexion interne totale

Le dispositif de l'appareil est basé sur le phénomène de réflexion interne totale, à l'aide duquel il est possible de déterminer l'indice de réfraction d'une substance - le réfractomètre Abbe-Pulrich. La réflexion interne totale se produit à la frontière entre le verre, dont l'indice de réfraction est assez grand et connu, et une fine couche de liquide qui se dépose à la surface du verre. Le réfractomètre se compose d'un prisme en verre AA (le liquide à étudier est placé entre les verres du prisme), d'un filtre de lumière (F), d'un levier qui tourne autour du tube T, d'une échelle en forme d'arc (D), sur laquelle les valeurs ​​des indices de réfraction sont tracés (Fig. 1). Le faisceau lumineux S traverse le filtre et subit une réflexion interne totale à l'interface goutte-prisme. L'erreur de ce réfractomètre n'est pas supérieure à 0,1%.

Basée sur le phénomène de réflexion interne totale, la fibre optique est basée, dans laquelle des images sont formées lorsque la lumière se propage à travers des guides de lumière. Les guides de lumière sont des agrégats de fibres souples constituées de substances transparentes, par exemple de sable de quartz fondu, revêtues d'une gaine d'un matériau transparent d'indice de réfraction inférieur à celui du verre. À la suite de réflexions multiples, l'onde lumineuse dans la fibre est dirigée le long du chemin requis. Des complexes de fibres optiques peuvent être utilisés pour étudier les organes internes ou transmettre des informations à l'aide d'ordinateurs.

Le périscope (dispositif d'observation depuis un abri) est basé sur le phénomène de réflexion totale. Dans les périscopes, des miroirs ou des systèmes de lentilles sont utilisés pour changer la direction de propagation de la lumière.

Exemples de problèmes avec une solution

Exemple 1

Exercer. Expliquez pourquoi l'éclat ("jeu") des pierres précieuses se produit lors de leur traitement de bijoux ?

Décision. Lors de la taille d'une pierre précieuse, la méthode de traitement est choisie de manière à ce qu'une réflexion totale de la lumière se produise sur chacune de ses faces. Ainsi, par exemple, Fig.2

Exemple 2

Exercer. Quel sera l'angle limite de réflexion interne totale pour le sel gemme si son indice de réfraction est $n=1,54$ ?

Décision. Représentons le parcours des rayons lorsque la lumière de l'air frappe un cristal de sel dans la Fig.3.

Nous écrivons la loi de la réflexion interne totale :

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

où $n_(21)=\frac(n_1)(n)\ $($n_1=1$ est l'indice de réfraction de l'air), alors :

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

Faisons les calculs :

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

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

Activité

Périscope numérique

Voici une innovation technique.

Le canal optique traditionnel des périscopes existants a été remplacé par des caméras vidéo haute définition et la fibre optique. Les informations des caméras de surveillance extérieures sont transmises en temps réel à un écran large dans le poste central.

Les tests sont effectués à bord du sous-marin SSN 767 Hampton de la classe Los Angeles. Le nouveau modèle change complètement la pratique vieille de plusieurs décennies consistant à travailler avec un périscope. Maintenant, l'officier de quart travaille avec les caméras montées sur la flèche, ajustant l'affichage sur l'écran à l'aide du joystick et du clavier.

En plus de l'affichage dans le poteau central, l'image du périscope peut être affichée sur un arbitrairement grand nombre affiche dans tout le bateau. Les caméras permettent d'observer simultanément différents secteurs de l'horizon, ce qui augmente considérablement la vitesse de réaction de la montre aux changements de situation tactique en surface.

Comment expliquer le « jeu de pierres » ? En joaillerie, les pierres sont taillées de manière à ce que chaque facette ait une réflexion totale de la lumière.

Le phénomène d'un mirage s'explique par un phénomène interne complet.

mirage - phénomène optique dans l'atmosphère : la réflexion de la lumière par la frontière entre des couches d'air très différentes en chaleur. Pour un observateur, une telle réflexion consiste dans le fait que, conjointement avec un objet distant (ou une partie du ciel), son image imaginaire, déplacée par rapport à l'objet, est visible.

Les mirages se distinguent en inférieurs, visibles sous l'objet, supérieurs, au-dessus de l'objet et latéraux. Mirage supérieur observé à froid la surface de la terre, mirage inférieur - sur une surface plane surchauffée, souvent une route déserte ou pavée. L'image imaginaire du ciel crée l'illusion d'eau à la surface. Ainsi, la route qui s'éloigne au loin par une chaude journée d'été semble humide. Des mirages latéraux sont parfois observés à proximité de murs ou de rochers fortement chauffés.