Полное внутреннее отражение
Полное внутреннее отражение — это явление, при котором свет, переходящий из оптически более плотной среды в менее плотную, не выходит во вторую среду, а полностью отражается обратно.
Явление связано с законом преломления света. При переходе из более плотной среды в менее плотную преломлённый луч отклоняется от нормали. При увеличении угла падения угол преломления растёт. При некотором угле преломлённый луч скользит вдоль границы сред: этот угол называют предельным.
Условия явления
- Свет должен идти из среды с большим показателем преломления \(n_1\) в среду с меньшим показателем \(n_2\): \(n_1>n_2\).
- Угол падения должен быть больше предельного: \(\alpha>\alpha_{\text{пр}}\).
Предельный угол
Предельный угол — это наименьший угол падения, при котором начинается полное внутреннее отражение. Для него угол преломления равен \(90^\circ\). Подробнее понятие разобрано на странице предельный угол полного внутреннего отражения.
Если вторая среда — вакуум или воздух, можно приближённо считать \(n_2\approx1\), поэтому \(\sin\alpha_{\text{пр}}\approx\frac{1}{n_1}\). Чем больше различие показателей преломления, тем меньше предельный угол.
Для перехода из стекла с \(n_1=1{,}5\) в воздух с \(n_2=1\) получаем \(\sin\alpha_{\text{пр}}=\frac{1}{1{,}5}\approx0{,}67\), то есть \(\alpha_{\text{пр}}\approx42^\circ\). При угле падения \(50^\circ\) свет полностью отразится.
Полное внутреннее отражение возможно только при переходе из более плотной среды в менее плотную. При обратном переходе свет преломляется при любом угле падения, кроме особых случаев, связанных с отсутствием падающего луча.
Свет переходит из воды в воздух. Что произойдёт при угле падения, большем предельного?
Главное
- Полное внутреннее отражение происходит при переходе из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим.
- Необходимое условие: \(\alpha>\alpha_{\text{пр}}\).
- Предельный угол вычисляют по формуле \(\sin\alpha_{\text{пр}}=\frac{n_2}{n_1}\).