Электромагниттик толкундардын ар кандай чөйрөдө таралышы чагылуу жана сынуу мыйзамдарына баш ийет. Бул мыйзамдардан белгилүү шарттарда физикада жарыктын толук ички чагылышы деп аталган бир кызыктуу эффект келип чыгат. Келгиле, бул эффект эмне экенин кененирээк карап чыгалы.
Рефлексия жана сынуу
Жарыктын ички толук чагылышын карап чыгууга түздөн-түз өтүүдөн мурун, чагылуу жана сынуу процесстерине түшүндүрмө берүү зарыл.
Рефлексия деп бир эле чөйрөдөгү жарык шооласынын интерфейске туш болгондо багытын өзгөртүү түшүнүлөт. Мисалы, лазер көрсөткүчүнөн жарык шооласын күзгүгө багыттасаңыз, сүрөттөлгөн эффектти байкай аласыз.
Сынуу, чагылуу сыяктуу, жарык кыймылынын багытын өзгөртүү, бирок биринчиде эмес, экинчи чөйрөдө. Бул көрүнүштүн натыйжасы объекттердин жана алардын контурларынын бурмаланышы болотмейкиндик жайгашуусу. Рефракциянын кеңири таралган мисалы - карандаш же калемди бир стакан сууга салып сындыруу.
Сынуу жана чагылуу бири-бири менен байланыштуу. Алар дээрлик дайыма чогуу болот: нурдун энергиясынын бир бөлүгү чагылат, ал эми экинчи бөлүгү сынат.
Эки көрүнүш тең Ферма принцибинин натыйжасы. Анын ырастоосунда, жарык эки чекиттин ортосундагы жолду бойлото, ага эң аз убакыт талап кылынат.
Рефлексия бир чөйрөдө, ал эми сынуу эки чөйрөдө пайда болгон эффект болгондуктан, акыркысы үчүн эки медиа тең электромагниттик толкундарга тунук болушу маанилүү.
Сынуу көрсөткүчү түшүнүгү
Сынуу көрсөткүчү каралып жаткан кубулуштардын математикалык сүрөттөлүшү үчүн маанилүү чоңдук болуп саналат. Белгилүү бир чөйрөнүн сынуу көрсөткүчү төмөнкүчө аныкталат:
n=c/v.
Бул жерде c жана v жарыктын вакуумдагы жана заттын ылдамдыгы. vнин мааниси ар дайым сдан кичине, ошондуктан n көрсөткүчү бирден чоң болот. Өлчөмсүз коэффициент n вакуумда заттагы (орточо) жарыктын канчалык деңгээлде жарыктан артта каларын көрсөтөт. Бул ылдамдыктардын ортосундагы айырма сынуу кубулушунун пайда болушуна алып келет.
Материядагы жарыктын ылдамдыгы акыркысынын тыгыздыгы менен корреляцияланат. Орто канчалык тыгыз болсо, анда жарыктын жылышы ошончолук кыйын болот. Мисалы, аба үчүн n=1,00029, башкача айтканда, дээрлик вакуумдагыдай, суу үчүн n=1,333.
Чагылуулар, сынуу жана алардын мыйзамдары
Жарыктын сынуусунун жана чагылышынын негизги мыйзамдарын төмөнкүчө жазууга болот:
- Эгерде эки чөйрөнүн ортосундагы чекке жарык шооласынын түшүү чекитине чейин нормалды калыбына келтирсеңиз, анда бул нормал, түшкөн, чагылган жана сынган нурлар менен бирге бир тегиздикте жатат.
- Эгерде түшүү, чагылуу жана сынуу бурчтарын θ1, θ2 жана θ деп белгилесек 3жана 1-жана 2-чөйрөнүн сынуу көрсөткүчтөрү n1 жана n2, анда төмөнкү эки формула жарактуу:
- чагылдыруу үчүн θ1=θ2;
- сынуу үчүн күнөө(θ1)n1 =sin(θ3)n2.
Сынуунун 2-законунун формуласынын анализи
Жарыктын ички толук чагылышы качан болоорун түшүнүү үчүн сынуу мыйзамын карап чыгуу керек, аны Снелл мыйзамы деп да аташат (аны 17-кылымдын башында ачкан голландиялык окумуштуу). Келгиле, формуланы кайра жазалы:
sin(θ1)n1 =sin(θ3) n2.
Бул нур таралган чөйрөнүн нормалдуу бурчтун синусу жана сынуу көрсөткүчүнүн көбөйтүндүсү туруктуу чоңдук экенин көрүүгө болот. Демек, эгерде n1>n2, анда теңдикти аткаруу үчүн күнөө (θ1) )<sin(θ3). Башкача айтканда, тыгызыраак чөйрөдөн азыраак тыгызыраак чөйрөгө өткөндө (оптикалык дегенди билдиреттыгыздык), нур нормалдан четтейт (0o дан 90o чейин бурчтар үчүн синус функциясы көбөйөт). Мындай өтүү, мисалы, жарык шооласы аба-суу чек арасын кесип өткөндө болот.
Сынуу кубулушу кайра кайтарылат, башкача айтканда, азыраак тыгызыраактан тыгызыраакка өткөндө (n1<n2) нур нормалдуу (θ1)>sin(θ3)) жакындайт.
Ички жарыктын жалпы чагылышы
Эми кызыктуу бөлүгүнө өтөлү. Жарык шооласы тыгызыраак чөйрөдөн өткөн жагдайды карап көрөлү, башкача айтканда, n1>n2. Бул учурда, θ1<θ3. Эми биз түшүү бурчун θ1 бара-бара жогорулатабыз. Сынуу бурчу θ3 да жогорулайт, бирок ал θ1ден чоңураак болгондуктан, ал 90 ге барабар болот о эртерээк . θ3=90o физикалык көз караштан алганда эмнени билдирет? Бул нурдун бардык энергиясы, ал интерфейске тийгенде, анын боюнда тарайт дегенди билдирет. Башкача айтканда, сынуучу нур болбойт.
θ1 андан ары көбөйүшү бардык нурдун бетинен кайра биринчи чөйрөгө чагылышын шарттайт. Бул жарыктын ички толук чагылуу кубулушу (сынуу таптакыр жок).
θ1 бурч, мында θ3=90o деп аталат бул жуп медиа үчүн маанилүү. Ал төмөнкү формула боюнча эсептелет:
θc =arcsin(n2/n1).
Бул теңчилик түздөн-түз сынуунун 2-законунан келип чыгат.
Эгер эки тунук чөйрөдө электромагниттик нурлануунун таралуусунун v1 жана v2 ылдамдыктары белгилүү болсо, анда критикалык бурч төмөнкү формула менен эсептелет:
θc =arcsin(v1/v2).
Ички толук чагылдыруунун негизги шарты анын тыгыздыгы азыраак менен курчалган оптикалык тыгызыраак чөйрөдө гана бар экендигин түшүнүү керек. Демек, белгилүү бир бурчтарда деңиз түбүнөн келген жарык суунун бетинен толугу менен чагылышы мүмкүн, бирок абадан түшкөн ар кандай бурчта нур дайыма суу мамычасына кирип кетет.
Толук чагылдыруунун эффектиси кайда байкалат жана колдонулат?
Ички толук чагылдыруу феноменин колдонуунун эң белгилүү мисалы – була-оптика. Идея жарыктын 100% чагылдырылышынын эсебинен медианын бетинен электромагниттик энергияны ыктыярдуу узак аралыктарга жоготуусуз өткөрүүгө болот. Анын ички бөлүгү жасалган була-оптикалык кабельдин жумушчу материалы перифериялык материалга караганда оптикалык тыгыздыкка ээ. Мындай композиция түшүү бурчтарынын кеңири диапазону үчүн толук чагылдыруу эффектин ийгиликтүү колдонуу үчүн жетиштүү.
Жаркылдаган бриллиант беттери толук чагылдыруунун натыйжасынын эң сонун мисалы. Алмаздын сынуу көрсөткүчү 2,43, ошондуктан жарыктын көптөгөн нурлары асыл ташка тийип, тажрыйбачыгуудан мурун бир нече толук чагылдыруу.
Алмаз үчүн θc критикалык бурчун аныктоо маселеси
Келгиле, жөнөкөй маселени карап көрөлү, анда биз берилген формулаларды кантип колдонууну көрсөтөбүз. Алмаз абадан сууга коюлса, жалпы чагылуунун критикалык бурчу канчалык өзгөрөрүн эсептөө керек.
Таблицада көрсөтүлгөн чөйрөлөрдүн сынуу көрсөткүчтөрүнүн маанилерин карап чыгып, аларды жазабыз:
- аба үчүн: n1=1, 00029;
- суу үчүн: n2=1, 333;
- алмаз үчүн: n3=2, 43.
Бриллиант-аба жупунун критикалык бурчу:
θc1=arcsin(n1/n3)=arcsin(1, 00029/2, 43) ≈ 24, 31o.
Өзүңүздөр көрүп тургандай, бул жуп медиа үчүн критикалык бурч анча чоң эмес, башкача айтканда, 24, 31ге караганда алмазды абага калтыра алат. o.
Суудагы бриллиант үчүн биз төмөнкүлөрдү алабыз:
θc2=arcsin(n2/n3)=arcsin(1, 333/2, 43) ≈ 33, 27o.
Критикалык бурчтун өсүшү:
Δθc=θc2- θc1≈ 33, 27 o - 24, 31o=8, 96o.
Алмаздагы жарыктын толук чагылышы үчүн критикалык бурчтун бул бир аз жогорулашы анын сууда дээрлик абадагыдай жаркырап калышына алып келет.
