ასახვის გამოყენება. მთლიანი შიდა ასახვის გამოყენება

ჯერ ცოტა წარმოვიდგინოთ. წარმოიდგინეთ ზაფხულის ცხელი დღე ჩვენს წელთაღრიცხვამდე, პირველყოფილი ადამიანი იყენებს შუბს თევზზე სანადიროდ. ის ამჩნევს მის პოზიციას, უმიზნებს და რატომღაც ურტყამს იმ ადგილას, სადაც თევზი საერთოდ არ ჩანდა. გაუშვა? არა, მეთევზეს ნადირი ხელში უჭირავს! საქმე ისაა, რომ ჩვენს წინაპარს ინტუიციურად ესმოდა ის თემა, რომელსაც ახლა შევისწავლით. ყოველდღიურ ცხოვრებაში ჩვენ ვხედავთ, რომ ჭიქა წყალში ჩაშვებული კოვზი მრუდი გვეჩვენება, როცა შუშის ჭურჭელს ვუყურებთ, საგნები დახრილი ჩანს. ყველა ამ კითხვას განვიხილავთ გაკვეთილზე, რომლის თემაა: „სინათლის რეფრაქცია. სინათლის გარდატეხის კანონი. სრული შიდა ასახვა."

წინა გაკვეთილებზე ჩვენ ვისაუბრეთ სხივის ბედზე ორ შემთხვევაში: რა მოხდება, თუ სინათლის სხივი გავრცელდება გამჭვირვალე ერთგვაროვან გარემოში? სწორი პასუხი არის ის, რომ ის გავრცელდება სწორი ხაზით. რა ხდება, როდესაც სინათლის სხივი ეცემა ორ მედიას შორის? ბოლო გაკვეთილზე ვისაუბრეთ არეკლილი სხივის შესახებ, დღეს ჩვენ შევხედავთ სინათლის სხივის იმ ნაწილს, რომელიც შთანთქავს გარემოს.

როგორი იქნება სხივის ბედი, რომელმაც პირველი ოპტიკურად გამჭვირვალე გარემოდან მეორე ოპტიკურად გამჭვირვალე გარემოში შეაღწია?

ბრინჯი. 1. სინათლის რეფრაქცია

თუ სხივი ეცემა ორ გამჭვირვალე მედიას შორის ინტერფეისზე, მაშინ სინათლის ენერგიის ნაწილი უბრუნდება პირველ გარემოს, ქმნის არეკლილი სხივს, ხოლო მეორე ნაწილი გადადის შიგნით მეორე გარემოში და, როგორც წესი, იცვლის მიმართულებას.

სინათლის გავრცელების მიმართულების ცვლილებას, როდესაც ის გადის ორ მედიას შორის ინტერფეისში, ეწოდება სინათლის რეფრაქცია(ნახ. 1).

ბრინჯი. 2. დაცემის, გარდატეხის და ასახვის კუთხეები

სურათზე 2 ვხედავთ დაცემის სხივს; სხივს, რომელიც დაადგენს სინათლის გარდატეხილი სხივის მიმართულებას, რეფრაქციული სხივი ეწოდება. ინტერფეისის პერპენდიკულარულ კუთხეს, რომელიც აღდგენილია დაცემის წერტილიდან, და გარდატეხის სხივს შორის, ფიგურაში ის არის კუთხე γ. სურათის დასასრულებლად ასევე მივცემთ არეკლილი სხივის გამოსახულებას და, შესაბამისად, β არეკვლის კუთხეს. რა კავშირია დაცემის კუთხესა და გარდატეხის კუთხეს შორის, შესაძლებელია თუ არა წინასწარმეტყველება დაცემის კუთხის და რა გარემოში გადასული სხივი, რა იქნება გარდატეხის კუთხე? გამოდის, რომ შესაძლებელია!

ჩვენ ვიღებთ კანონს, რომელიც რაოდენობრივად აღწერს ურთიერთობას დაცემის კუთხესა და გარდატეხის კუთხეს შორის. გამოვიყენოთ ჰაიგენსის პრინციპი, რომელიც არეგულირებს ტალღების გავრცელებას გარემოში. კანონი შედგება ორი ნაწილისაგან.

დაცემის სხივი, გარდატეხილი სხივი და დაცემის წერტილამდე აღდგენილი პერპენდიკულარი ერთ სიბრტყეშია..

დაცემის კუთხის სინუსის შეფარდება გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა ორი მოცემული მედიისთვის და უდრის ამ გარემოში სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას.

ამ კანონს უწოდებენ სნელის კანონს, ჰოლანდიელი მეცნიერის პატივსაცემად, რომელმაც პირველად ჩამოაყალიბა იგი. გარდატეხის მიზეზი არის სინათლის სიჩქარის განსხვავება სხვადასხვა მედიაში. თქვენ შეგიძლიათ გადაამოწმოთ გარდატეხის კანონის მართებულობა, თუ ექსპერიმენტულად მიმართავთ სინათლის სხივს სხვადასხვა კუთხით ორ მედიას შორის ინტერფეისისკენ და დაცემის და გარდატეხის კუთხეების გაზომვით. თუ ჩვენ შევცვლით ამ კუთხეებს, გავზომავთ სინუსებს და ვიპოვით ამ კუთხეების სინუსების თანაფარდობას, დავრწმუნდებით, რომ გარდატეხის კანონი ნამდვილად მოქმედებს.

გარდატეხის კანონის დადასტურება ჰაიგენსის პრინციპით არის კიდევ ერთი დადასტურება სინათლის ტალღური ბუნებისა.

ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი n 21 გვიჩვენებს, რამდენჯერ განსხვავდება სინათლის V 1 სიჩქარე პირველ გარემოში სინათლის V 2 სიჩქარისგან მეორე გარემოში.

ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი არის იმის ნათელი დემონსტრირება იმისა, რომ მიზეზი, რის გამოც სინათლე იცვლის მიმართულებას ერთი გარემოდან მეორეზე გადასვლისას, არის სინათლის განსხვავებული სიჩქარე ორ მედიაში. ცნება „საშუალების ოპტიკური სიმკვრივე“ ხშირად გამოიყენება გარემოს ოპტიკური თვისებების დასახასიათებლად (ნახ. 3).

ბრინჯი. 3. გარემოს ოპტიკური სიმკვრივე (α > γ)

თუ სხივი გადადის სინათლის უფრო მაღალი სიჩქარის მქონე გარემოდან სინათლის უფრო დაბალი სიჩქარის მქონე გარემოზე, მაშინ, როგორც ჩანს 3 სურათზე და სინათლის გარდატეხის კანონიდან, ის დაჭერილი იქნება პერპენდიკულარზე, ე.ი. , გარდატეხის კუთხე ნაკლებია დაცემის კუთხეზე. ამ შემთხვევაში, ამბობენ, რომ სხივი გადავიდა ნაკლებად მკვრივი ოპტიკური გარემოდან უფრო ოპტიკურად მკვრივ გარემოში. მაგალითი: ჰაერიდან წყალამდე; წყლიდან მინამდე.

საპირისპირო სიტუაციაც შესაძლებელია: პირველ გარემოში სინათლის სიჩქარე მეორე გარემოში სინათლის სიჩქარეზე ნაკლებია (სურ. 4).

ბრინჯი. 4. გარემოს ოპტიკური სიმკვრივე (α< γ)

მაშინ გარდატეხის კუთხე უფრო დიდი იქნება, ვიდრე დაცემის კუთხე, და იტყვიან, რომ ასეთი გადასვლა მოხდება ოპტიკურად უფრო მკვრივი გარემოდან ნაკლებად ოპტიკურად მკვრივ გარემოზე (მინიდან წყალში).

ორი მედიის ოპტიკური სიმკვრივე შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს, ამდენად ფოტოზე ნაჩვენები სიტუაცია შესაძლებელი ხდება (ნახ. 5):

ბრინჯი. 5. მედიის ოპტიკური სიმკვრივის განსხვავებები

დააკვირდით, როგორ არის გადაადგილებული თავი სხეულთან შედარებით სითხეში, უფრო მაღალი ოპტიკური სიმკვრივის მქონე გარემოში.

თუმცა, ფარდობითი რეფრაქციული ინდექსი ყოველთვის არ არის მოსახერხებელი მახასიათებელი სამუშაოდ, რადგან ეს დამოკიდებულია სინათლის სიჩქარეზე პირველ და მეორე მედიაში, მაგრამ შეიძლება არსებობდეს მრავალი ასეთი კომბინაცია და ორი მედიის კომბინაცია (წყალი - ჰაერი, მინა - ბრილიანტი, გლიცერინი - ალკოჰოლი, მინა - წყალი და ასე შემდეგ). ცხრილები ძალიან შრომატევადი იქნებოდა, მუშაობა მოუხერხებელი იქნებოდა, შემდეგ კი შემოიღეს ერთი აბსოლუტური საშუალება, რომელთანაც შედარებულია სინათლის სიჩქარე სხვა მედიაში. ვაკუუმი აირჩიეს აბსოლუტურად და სინათლის სიჩქარე შეადარეს სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში.

გარემოს აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსი n- ეს არის სიდიდე, რომელიც ახასიათებს გარემოს ოპტიკურ სიმკვრივეს და უდრის სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას თანმოცემულ გარემოში სინათლის სიჩქარის ვაკუუმში.

აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსი სამუშაოსთვის უფრო მოსახერხებელია, რადგან ჩვენ ყოველთვის ვიცით სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში, ის უდრის 3·10 8 მ/წმ და წარმოადგენს უნივერსალურ ფიზიკურ მუდმივობას.

გარდატეხის აბსოლუტური ინდექსი დამოკიდებულია გარე პარამეტრებზე: ტემპერატურაზე, სიმკვრივეზე და ასევე სინათლის ტალღის სიგრძეზე, ამიტომ ცხრილები ჩვეულებრივ მიუთითებენ ტალღის სიგრძის დიაპაზონის საშუალო რეფრაქციულ ინდექსზე. თუ შევადარებთ ჰაერის, წყლისა და შუშის გარდატეხის მაჩვენებლებს (სურ. 6), დავინახავთ, რომ ჰაერს აქვს ერთიანობასთან მიახლოებული გარდატეხის ინდექსი, ამიტომ მას ერთიანობად მივიღებთ ამოცანების ამოხსნისას.

ბრინჯი. 6. აბსოლუტური რეფრაქციული მაჩვენებლების ცხრილი სხვადასხვა მედიისთვის

მედიის აბსოლუტურ და ფარდობით რეფრაქციულ ინდექსს შორის კავშირის მიღება არ არის რთული.

ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი, ანუ სხივისთვის, რომელიც გადადის საშუალო ერთიდან საშუალო ორზე, უდრის მეორე გარემოში აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსის თანაფარდობას პირველ გარემოში აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსის მიმართ.

Მაგალითად: = ≈ 1,16

თუ ორი მედიის აბსოლუტური გარდატეხის ინდექსები თითქმის ერთნაირია, ეს ნიშნავს, რომ ფარდობითი გარდატეხის ინდექსი ერთი საშუალოდან მეორეზე გადასვლისას უდრის ერთიანობას, ანუ სინათლის სხივი რეალურად არ გარდაიქმნება. მაგალითად, ანისის ზეთიდან ბერილის ძვირფას ქვაზე გადასვლისას, შუქი პრაქტიკულად არ იხრება, ანუ იქცევა ისევე, როგორც ანისის ზეთის გავლისას, რადგან მათი რეფრაქციული ინდექსი არის შესაბამისად 1,56 და 1,57, ამიტომ ძვირფასი ქვა შეიძლება იყოს თითქოს სითხეში იყოს დამალული, უბრალოდ არ ჩანს.

თუ წყალს გამჭვირვალე ჭიქაში ჩავასხამთ და შუშის კედლით შევხედავთ სინათლეს, ზედაპირზე მთლიანი შიდა ასახვის ფენომენის გამო ვერცხლისფერ ბზინვარებას დავინახავთ, რაზეც ახლა ვისაუბრებთ. როდესაც სინათლის სხივი გადადის უფრო მკვრივი ოპტიკური საშუალებიდან ნაკლებად მკვრივ ოპტიკურ გარემოზე, შეიძლება შეინიშნოს საინტერესო ეფექტი. დაზუსტებისთვის, ჩვენ ვივარაუდებთ, რომ სინათლე მოდის წყლიდან ჰაერში. დავუშვათ, რომ წყალსაცავის სიღრმეში არის S სინათლის წერტილის წყარო, რომელიც ასხივებს სხივებს ყველა მიმართულებით. მაგალითად, მყვინთავი ანათებს ფანარს.

SO 1 სხივი წყლის ზედაპირზე ეცემა ყველაზე პატარა კუთხით, ეს სხივი ნაწილობრივ ირღვევა - O 1 A 1 სხივი და ნაწილობრივ აირეკლება უკან წყალში - O 1 B 1 სხივი. ამგვარად, დაცემის სხივის ენერგიის ნაწილი გადაეცემა გაბრწყინებულ სხივს, ხოლო დარჩენილი ენერგია გადადის ასახულ სხივზე.

ბრინჯი. 7. სულ შიდა ასახვა

SO 2 სხივი, რომლის დაცემის კუთხე უფრო დიდია, ასევე იყოფა ორ სხივად: რეფრაქციული და არეკლილი, მაგრამ თავდაპირველი სხივის ენერგია მათ შორის სხვაგვარად ნაწილდება: გარდატეხილი სხივი O 2 A 2 უფრო ბუნდოვანი იქნება ვიდრე O 1. 1 სხივი, ანუ ის მიიღებს ენერგიის უფრო მცირე წილს და ასახული სხივი O 2 B 2, შესაბამისად, უფრო კაშკაშა იქნება ვიდრე სხივი O 1 B 1, ანუ მიიღებს ენერგიის უფრო დიდ წილს. დაცემის კუთხის მატებასთან ერთად შეიმჩნევა იგივე ნიმუში - დაცემის სხივის ენერგიის სულ უფრო დიდი წილი მიდის არეკლილი სხივისკენ და უფრო და უფრო მცირე წილი გარდატეხილ სხივზე. რეფრაქციული სხივი უფრო და უფრო ბუნდოვანი ხდება და რაღაც მომენტში მთლიანად ქრება ეს გაქრობა ხდება მაშინ, როდესაც ის მიაღწევს დაცემის კუთხეს, რომელიც შეესაბამება 90 0 გარდატეხის კუთხეს. ამ სიტუაციაში, გარდატეხილი სხივი OA უნდა წასულიყო წყლის ზედაპირის პარალელურად, მაგრამ გასასვლელი აღარაფერი დარჩა - SO სხივის SO-ს მთელი ენერგია მთლიანად წავიდა არეკლილი სხივის OB-ზე. ბუნებრივია, დაცემის კუთხის შემდგომი ზრდით, გარდატეხილი სხივი არ იქნება. აღწერილი ფენომენი არის მთლიანი შინაგანი არეკვლა, ანუ უფრო მკვრივი ოპტიკური საშუალება განხილული კუთხით არ ასხივებს სხივებს თავისგან, ისინი ყველა აისახება მის შიგნით. კუთხე, რომელზეც ეს ფენომენი ხდება, ეწოდება მთლიანი შიდა ასახვის შემზღუდველი კუთხე.

შემზღუდველი კუთხის მნიშვნელობა მარტივად შეგიძლიათ იხილოთ გარდატეხის კანონიდან:

= => = რკალი, წყლისთვის ≈ 49 0

მთლიანი შიდა ასახვის ფენომენის ყველაზე საინტერესო და პოპულარული გამოყენებაა ეგრეთ წოდებული ტალღის გამტარები, ანუ ბოჭკოვანი ოპტიკა. სწორედ ეს არის სიგნალების გაგზავნის მეთოდი, რომელსაც იყენებენ თანამედროვე სატელეკომუნიკაციო კომპანიები ინტერნეტში.

ჩვენ მივიღეთ სინათლის გარდატეხის კანონი, შემოვიღეთ ახალი კონცეფცია - ფარდობითი და აბსოლუტური რეფრაქციული ინდექსები, ასევე გავიგეთ მთლიანი შიდა ასახვის ფენომენი და მისი გამოყენება, როგორიცაა ბოჭკოვანი ბოჭკოვანი. თქვენ შეგიძლიათ გააერთიანოთ თქვენი ცოდნა გაკვეთილის განყოფილებაში შესაბამისი ტესტებისა და ტრენაჟორების ანალიზით.

მოდით მივიღოთ სინათლის გარდატეხის კანონის მტკიცებულება ჰაიგენსის პრინციპის გამოყენებით. მნიშვნელოვანია გვესმოდეს, რომ გარდატეხის მიზეზი არის სინათლის სიჩქარის განსხვავება ორ სხვადასხვა მედიაში. პირველ გარემოში სინათლის სიჩქარე ავღნიშნოთ როგორც V 1, ხოლო მეორე გარემოში როგორც V 2 (სურ. 8).

ბრინჯი. 8. სინათლის გარდატეხის კანონის დადასტურება

დაე, თვითმფრინავის სინათლის ტალღა დაეცეს ორ მედიას შორის ბრტყელ ინტერფეისს, მაგალითად, ჰაერიდან წყალში. ტალღის ზედაპირი AS პერპენდიკულარულია სხივების მიმართ და MN მედიას შორის ინტერფეისს ჯერ აღწევს სხივი და სხივი აღწევს იმავე ზედაპირს დროის Δt ინტერვალის შემდეგ, რომელიც უდრის SW გზას გაყოფილი. სინათლის სიჩქარე პირველ გარემოში.

მაშასადამე, იმ მომენტში, როდესაც მეორადი ტალღა B წერტილში ახლახან იწყებს აგზნებას, A წერტილიდან ტალღას უკვე აქვს ნახევარსფეროს ფორმა AD რადიუსით, რომელიც უდრის სინათლის სიჩქარეს მეორე გარემოში ∆-ზე. t: AD = ·∆t, ანუ ჰაიგენსის პრინციპი ვიზუალურ მოქმედებაში. გარდატეხილი ტალღის ტალღის ზედაპირის მიღება შესაძლებელია მეორე გარემოში ყველა მეორადი ტალღის ზედაპირის ტანგენტის დახატვით, რომლის ცენტრები დევს მედიას შორის ინტერფეისზე, ამ შემთხვევაში ეს არის სიბრტყე BD, ეს არის კონვერტი. მეორადი ტალღები. სხივის α დაცემის კუთხე უდრის CAB კუთხეს ABC სამკუთხედში, ამ კუთხის ერთ-ერთი გვერდი პერპენდიკულარულია მეორის გვერდებზე. შესაბამისად, SV ტოლი იქნება პირველ გარემოში სინათლის სიჩქარეს ∆t-ით

CB = ∆t = AB sin α

თავის მხრივ, გარდატეხის კუთხე იქნება ABD კუთხის ტოლი ABD სამკუთხედში, შესაბამისად:

АD = ∆t = АВ sin γ

გამონათქვამების ტერმინებით დაყოფით მივიღებთ:

n არის მუდმივი მნიშვნელობა, რომელიც არ არის დამოკიდებული დაცემის კუთხეზე.

ჩვენ მივიღეთ სინათლის გარდატეხის კანონი, დაცემის კუთხის სინუსი გარდატეხის კუთხის სინუსთან არის მუდმივი მნიშვნელობა ამ ორი მედიისთვის და უდრის სინათლის სიჩქარის თანაფარდობას ორ მოცემულ გარემოში.

კუბური ჭურჭელი გაუმჭვირვალე კედლებით განლაგებულია ისე, რომ დამკვირვებლის თვალი ვერ ხედავს მის ფსკერს, მაგრამ მთლიანად ხედავს ჭურჭლის CD კედელს. რამდენი წყალი უნდა ჩაასხას ჭურჭელში, რათა დამკვირვებელმა დაინახოს F ობიექტი, რომელიც მდებარეობს b = 10 სმ მანძილზე D კუთხიდან? ჭურჭლის კიდე α = 40 სმ (ნახ. 9).

რა არის ძალიან მნიშვნელოვანი ამ პრობლემის გადაჭრისას? გამოიცანით, რადგან თვალი არ ხედავს ჭურჭლის ძირს, მაგრამ ხედავს გვერდითი კედლის უკიდურეს წერტილს, ხოლო ჭურჭელი არის კუბი, წყლის ზედაპირზე სხივის დაცემის კუთხე, როდესაც მას დავასხამთ, იქნება. უდრის 450-ს.

ბრინჯი. 9. ერთიანი სახელმწიფო საგამოცდო დავალება

სხივი ვარდება F წერტილში, ეს ნიშნავს, რომ ჩვენ ნათლად ვხედავთ ობიექტს, ხოლო შავი წერტილოვანი ხაზი აჩვენებს სხივის კურსს, თუ წყალი არ იყო, ანუ D ​​წერტილამდე. სამკუთხედიდან NFK, კუთხის ტანგენსი. β, გარდატეხის კუთხის ტანგენსი, არის მოპირდაპირე მხარის შეფარდება მეზობელთან ან, ფიგურიდან გამომდინარე, h გამოკლებული b გაყოფილი h-ზე.

tg β = = , h არის სითხის სიმაღლე, რომელიც დავასხათ;

მთლიანი შიდა ასახვის ყველაზე ინტენსიური ფენომენი გამოიყენება ბოჭკოვანი ოპტიკურ სისტემებში.

ბრინჯი. 10. ოპტიკა

თუ სინათლის სხივი მიმართულია მყარი მინის მილის ბოლოს, მაშინ მრავალჯერადი მთლიანი შიდა არეკვლის შემდეგ სხივი გამოვა მილის მოპირდაპირე მხრიდან. გამოდის, რომ მინის მილი არის სინათლის ტალღის ან ტალღის გამტარი. ეს მოხდება იმისდა მიუხედავად, არის თუ არა მილი სწორი თუ მოხრილი (სურათი 10). პირველი სინათლის გიდები, ეს არის ტალღების მეორე სახელი, გამოიყენებოდა ძნელად მისადგომი ადგილების გასანათებლად (სამედიცინო კვლევის დროს, როდესაც შუქი მიეწოდება სინათლის სახელმძღვანელოს ერთ ბოლოს, ხოლო მეორე ბოლო ანათებს სასურველ ადგილს). მთავარი პროგრამა არის მედიცინა, ძრავების ხარვეზის გამოვლენა, მაგრამ ასეთი ტალღების გამტარები ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ინფორმაციის გადაცემის სისტემებში. სინათლის ტალღით სიგნალის გადაცემისას გადამზიდავი სიხშირე მილიონჯერ აღემატება რადიოსიგნალის სიხშირეს, რაც ნიშნავს, რომ ინფორმაციის რაოდენობა, რომლის გადაცემაც შეგვიძლია სინათლის ტალღის გამოყენებით, მილიონჯერ მეტია, ვიდრე გადაცემული ინფორმაციის რაოდენობა. რადიოტალღებით. ეს შესანიშნავი შესაძლებლობაა ინფორმაციის სიმდიდრის მარტივი და იაფად გადმოცემისათვის. როგორც წესი, ინფორმაცია გადაეცემა ბოჭკოვანი კაბელის მეშვეობით ლაზერული გამოსხივების გამოყენებით. ოპტიკურ-ბოჭკოვანი სისტემა შეუცვლელია კომპიუტერული სიგნალის სწრაფი და ხარისხიანი გადაცემისთვის, რომელიც შეიცავს დიდი რაოდენობით გადაცემულ ინფორმაციას. და ამ ყველაფრის საფუძველი ისეთი მარტივი და ჩვეულებრივი მოვლენაა, როგორიც არის სინათლის რეფრაქცია.

ბიბლიოგრაფია

1. ტიხომიროვა S.A., Yavorsky B.M. ფიზიკა (საბაზო დონე) - მ.: Mnemosyne, 2012 წ.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. ფიზიკა მე-10 კლასი. - M.: Mnemosyne, 2014 წ.
3. Kikoin I.K., Kikoin A.K. ფიზიკა - 9, მოსკოვი, განათლება, 1990 წ.

1. Edu.glavsprav.ru ().
2. Nvtc.ee().
3. Raal100.narod.ru ().
4. Optika.ucoz.ru ().

Საშინაო დავალება

1. განსაზღვრეთ სინათლის გარდატეხა.
2. დაასახელეთ სინათლის გარდატეხის მიზეზი.
3. დაასახელეთ მთლიანი შიდა ასახვის ყველაზე პოპულარული აპლიკაციები.

სინათლის დაცემის გარკვეული კუთხით $(\alpha )_(pad)=(\alpha)_(pred)$, რომელსაც ე.წ. შეზღუდვის კუთხე, გარდატეხის კუთხე უდრის $\frac(\pi )(2),\ $ამ შემთხვევაში რეფრაქციული სხივი სრიალებს მედიას შორის ინტერფეისის გასწვრივ, შესაბამისად, არ არსებობს გადატეხილი სხივი. შემდეგ გარდატეხის კანონიდან შეგვიძლია დავწეროთ, რომ:

სურათი 1.

მთლიანი ასახვის შემთხვევაში, განტოლება არის:

არ აქვს გამოსავალი რეფრაქციული კუთხის რეალური მნიშვნელობების რეგიონში ($(\alpha)_(pr)$). ამ შემთხვევაში, $cos((\alpha)_(pr))$ არის წმინდა წარმოსახვითი რაოდენობა. თუ მივმართავთ Fresnel-ის ფორმულებს, მოსახერხებელია მათი წარმოდგენა ფორმაში:

სადაც დაცემის კუთხე აღინიშნება $\alpha $ (მოკლედ), $n$ არის იმ გარემოს გარდატეხის მაჩვენებელი, სადაც შუქი ვრცელდება.

Fresnel-ის ფორმულებიდან ირკვევა, რომ მოდულები $\left|E_(otr\bot )\right|=\left|E_(otr\bot )\right|$, $\left|E_(otr//)\right |=\ მარცხენა|E_(otr//)\right|$, რაც ნიშნავს, რომ ასახვა არის „სრული“.

შენიშვნა 1

უნდა აღინიშნოს, რომ არაჰომოგენური ტალღა არ ქრება მეორე გარემოში. ასე რომ, თუ $\alpha =(\alpha )_0=(arcsin \left(n\right),\ მაშინ\ )$ $E_(pr\bot )=2E_(pr\bot ).$ კონსერვაციის კანონის დარღვევა ენერგიის მოცემულ შემთხვევაში No. ვინაიდან Fresnel-ის ფორმულები მოქმედებს მონოქრომატულ ველზე, ანუ სტაბილური მდგომარეობის პროცესისთვის. ამ შემთხვევაში ენერგიის შენარჩუნების კანონი მოითხოვს, რომ ენერგიის საშუალო ცვლილება მეორე გარემოში პერიოდის განმავლობაში ნულის ტოლი იყოს. ტალღა და ენერგიის შესაბამისი ფრაქცია ინტერფეისის გავლით აღწევს მეორე გარემოში ტალღის სიგრძის მცირე სიღრმეზე და მოძრაობს მასში ინტერფეისის პარალელურად ფაზის სიჩქარით, რომელიც ნაკლებია ტალღის ფაზის სიჩქარეზე. მეორე საშუალო. ის უბრუნდება პირველ გარემოს იმ წერტილში, რომელიც ოფსეტურია შესვლის წერტილთან შედარებით.

ტალღის შეღწევა მეორე გარემოში ექსპერიმენტულად შეიძლება დაფიქსირდეს. სინათლის ტალღის ინტენსივობა მეორე გარემოში შესამჩნევია მხოლოდ ტალღის სიგრძეზე მოკლე დისტანციებზე. ინტერფეისის მახლობლად, რომელზედაც სინათლის ტალღა ეცემა და განიცდის მთლიან არეკვლას, თხელი ფენის სიკაშკაშე ჩანს მეორე საშუალების მხარეს, თუ მეორე გარემოში არის ფლუორესცენტური ნივთიერება.

მთლიანი ასახვა იწვევს მირაჟების წარმოქმნას, როდესაც დედამიწის ზედაპირი ცხელია. ამრიგად, ღრუბლებიდან მომდინარე სინათლის სრული ასახვა იწვევს შთაბეჭდილებას, რომ გახურებული ასფალტის ზედაპირზე არის გუბეები.

ჩვეულებრივი ასახვის პირობებში, ურთიერთობები $\frac(E_(otr\bot ))(E_(pad\bot ))$ და $\frac(E_(otr//))(E_(pad//))$ ყოველთვის რეალურია. . სრული ასახვისას ისინი რთულია. ეს ნიშნავს, რომ ამ შემთხვევაში ტალღის ფაზა განიცდის ნახტომს, ხოლო ის განსხვავდება ნულიდან ან $\pi $-ისგან. თუ ტალღა პოლარიზებულია დაცემის სიბრტყის პერპენდიკულარულად, მაშინ შეგვიძლია დავწეროთ:

სადაც $(\delta )_(\bot )$ არის სასურველი ფაზის ნახტომი. გავაიგივოთ რეალური და წარმოსახვითი ნაწილები, გვაქვს:

გამონათქვამებიდან (5) ვიღებთ:

შესაბამისად, ტალღისთვის, რომელიც პოლარიზებულია დაცემის სიბრტყეში, შეიძლება მივიღოთ:

$(\delta )_(//)$ და $(\delta)_(\bot )$ ფაზური გადახტომები არ არის იგივე. არეკლილი ტალღა იქნება ელიფსურად პოლარიზებული.

ტოტალური ასახვის გამოყენება

დავუშვათ, რომ ორი იდენტური მედია გამოყოფილია ჰაერის თხელი უფსკრულით. მასზე სინათლის ტალღა ეცემა შემზღუდველზე მეტი კუთხით. შეიძლება მოხდეს, რომ ჰაერის უფსკრული არაერთგვაროვანი ტალღის სახით შეაღწიოს. თუ უფსკრულის სისქე მცირეა, მაშინ ეს ტალღა მიაღწევს ნივთიერების მეორე საზღვარს და არ იქნება ძალიან შესუსტებული. ჰაერის უფსკრულიდან ნივთიერებაში გადასვლის შემდეგ, ტალღა ისევ ერთგვაროვანში გადაიქცევა. ასეთი ექსპერიმენტი ნიუტონმა ჩაატარა. მეცნიერმა დააჭირა სხვა პრიზმას, რომელიც სფერულად იყო დაფქული მართკუთხა პრიზმის ჰიპოტენუზაზე. ამ შემთხვევაში, სინათლე გადადიოდა მეორე პრიზმაში არა მხოლოდ იქ, სადაც ისინი ეხებიან, არამედ კონტაქტის ირგვლივ პატარა რგოლში, ისეთ ადგილას, სადაც უფსკრულის სისქე ტალღის სიგრძეს შეედრება. თუ დაკვირვებები ხდებოდა თეთრ შუქზე, მაშინ ბეჭდის კიდეს მოწითალო ფერი ჰქონდა. ეს ასე უნდა იყოს, რადგან შეღწევადობის სიღრმე ტალღის სიგრძის პროპორციულია (წითელი სხივებისთვის ეს უფრო მეტია, ვიდრე ლურჯისთვის). უფსკრული სისქის შეცვლით, შეგიძლიათ შეცვალოთ გადაცემული სინათლის ინტენსივობა. ეს ფენომენი საფუძვლად დაედო მსუბუქ ტელეფონს, რომელიც დააპატენტა Zeiss-მა. ამ მოწყობილობაში ერთ-ერთი მედია არის გამჭვირვალე მემბრანა, რომელიც ვიბრირებს მასზე დაცემული ხმის გავლენით. სინათლე, რომელიც გადის ჰაერის უფსკრულის მეშვეობით, დროთა განმავლობაში იცვლის ინტენსივობას ხმის ინტენსივობის ცვლილებით. როდესაც ის მოხვდება ფოტოცელზე, ის წარმოქმნის ალტერნატიულ დენს, რომელიც იცვლება ხმის ინტენსივობის ცვლილების შესაბამისად. შედეგად მიღებული დენი ძლიერდება და შემდგომში გამოიყენება.

თხელი უფსკრულით ტალღის შეღწევის ფენომენი არ არის სპეციფიკური ოპტიკისთვის. ეს შესაძლებელია ნებისმიერი ხასიათის ტალღისთვის, თუ ფაზის სიჩქარე უფსკრულიში უფრო მაღალია ვიდრე ფაზის სიჩქარე გარემოში. ამ ფენომენს დიდი მნიშვნელობა აქვს ბირთვულ და ატომურ ფიზიკაში.

მთლიანი შიდა ასახვის ფენომენი გამოიყენება სინათლის გავრცელების მიმართულების შესაცვლელად. ამ მიზნით გამოიყენება პრიზები.

მაგალითი 1

ვარჯიში:მოიყვანეთ ტოტალური ასახვის ფენომენის მაგალითი, რომელიც ხშირად ხდება.

გამოსავალი:

შეგვიძლია მოვიყვანოთ შემდეგი მაგალითი. თუ გზატკეცილი ძალიან ცხელია, მაშინ ჰაერის ტემპერატურა მაქსიმალურია ასფალტის ზედაპირთან და კლებულობს გზიდან მანძილის მატებასთან ერთად. ეს ნიშნავს, რომ ჰაერის რეფრაქციული ინდექსი მინიმალურია ზედაპირზე და იზრდება მანძილის მატებასთან ერთად. ამის შედეგად მთლიანად აირეკლება სხივები, რომლებსაც აქვთ მცირე კუთხე მაგისტრალის ზედაპირთან შედარებით. თუ თქვენ ყურადღებას გაამახვილებთ მანქანაში მოძრაობისას, მაგისტრალის ზედაპირის შესაფერის მონაკვეთზე, შეგიძლიათ ნახოთ მანქანა, რომელიც საკმაოდ შორს მოძრაობს თავდაყირა.

მაგალითი 2

ვარჯიში:რა არის ბრუსტერის კუთხე სინათლის სხივისთვის, რომელიც ცვივა ბროლის ზედაპირზე, თუ მოცემული სხივის მთლიანი არეკვლის შემზღუდველი კუთხე ჰაერ-კრისტალის ინტერფეისზე არის 400?

გამოსავალი:

\[(tg(\alpha)_b)=\frac(n)(n_v)=n\მარცხნივ(2.2\მარჯვნივ).\]

გამოთქმიდან (2.1) გვაქვს:

მოდით ჩავანაცვლოთ გამოხატვის მარჯვენა მხარე (2.3) ფორმულაში (2.2) და გამოვხატოთ სასურველი კუთხე:

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

მოდით გავაკეთოთ გამოთვლები:

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

პასუხი:$(\alpha)_b=57()^\circ .$

ელექტრომაგნიტური ტალღების გავრცელება სხვადასხვა მედიაში ექვემდებარება ასახვისა და გარდატეხის კანონებს. ამ კანონებიდან, გარკვეულ პირობებში, ერთი საინტერესო ეფექტი მოჰყვება, რომელსაც ფიზიკაში სინათლის მთლიან შინაგან არეკვლას უწოდებენ. მოდით, უფრო დეტალურად განვიხილოთ, რა არის ეს ეფექტი.

ასახვა და რეფრაქცია

სანამ უშუალოდ სინათლის შინაგანი მთლიანი ასახვის განხილვას გადავიტანთ, აუცილებელია ახსნას ასახვისა და რეფრაქციის პროცესები.

ანარეკლი გულისხმობს სინათლის სხივის მოძრაობის მიმართულების ცვლილებას იმავე გარემოში, როდესაც იგი ხვდება რაიმე ინტერფეისს. მაგალითად, თუ ლაზერულ მაჩვენებელს სარკეზე მიმართავთ, შეგიძლიათ დააკვირდეთ აღწერილ ეფექტს.

გარდატეხა, ისევე როგორც ანარეკლი, არის სინათლის მოძრაობის მიმართულების ცვლილება, მაგრამ არა პირველ, არამედ მეორე გარემოში. ამ ფენომენის შედეგი იქნება ობიექტების კონტურების დამახინჯება და მათი სივრცითი მოწყობა. რეფრაქციის ჩვეულებრივი მაგალითია, როდესაც ფანქარი ან კალამი იშლება ჭიქა წყალში მოთავსებისას.

რეფრაქცია და ასახვა დაკავშირებულია ერთმანეთთან. ისინი თითქმის ყოველთვის ერთად არიან: სხივის ენერგიის ნაწილი აირეკლება, ხოლო მეორე ნაწილი ირღვევა.

ორივე ფენომენი ფერმას პრინციპის გამოყენების შედეგია. ის ამბობს, რომ სინათლე მოძრაობს გზაზე ორ წერტილს შორის, რომელსაც ყველაზე მცირე დრო დასჭირდება.

ვინაიდან არეკვლა არის ეფექტი, რომელიც ხდება ერთ გარემოში, ხოლო გარდატეხა ხდება ორ მედიაში, ამ უკანასკნელისთვის მნიშვნელოვანია, რომ ორივე მედია გამჭვირვალე იყოს ელექტრომაგნიტური ტალღებისთვის.

რეფრაქციული ინდექსის კონცეფცია

გარდატეხის ინდექსი არის მნიშვნელოვანი სიდიდე განსახილველი ფენომენების მათემატიკური აღწერისთვის. კონკრეტული გარემოს რეფრაქციული ინდექსი განისაზღვრება შემდეგნაირად:

სადაც c და v არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში და მატერიაში, შესაბამისად. v-ის მნიშვნელობა ყოველთვის c-ზე ნაკლებია, ამიტომ n მაჩვენებელი ერთზე მეტი იქნება. განზომილებიანი კოეფიციენტი n გვიჩვენებს, თუ რამხელა სინათლე ჩამორჩება ნივთიერებას (საშუალო) სინათლეს ვაკუუმში. ამ სიჩქარეებს შორის განსხვავება იწვევს რეფრაქციის ფენომენის წარმოქმნას.

სინათლის სიჩქარე მატერიაში კორელაციაშია ამ უკანასკნელის სიმკვრივესთან. რაც უფრო მკვრივია გარემო, მით უფრო უჭირს მასში სინათლის გადაადგილება. მაგალითად, ჰაერისთვის n = 1.00029, ანუ თითქმის ვაკუუმისთვის, წყლისთვის n = 1.333.

ანარეკლები, რეფრაქცია და მათი კანონები

მთლიანი ასახვის შედეგის მთავარი მაგალითია ალმასის მბზინავი ზედაპირი. ალმასის რეფრაქციული ინდექსი არის 2.43, ამიტომ ძვირფას ძვირფას თვლში შემავალი სინათლის მრავალი სხივი განიცდის მრავალჯერადი ასახვას მისგან გასვლამდე.

ალმასისთვის θc კრიტიკული კუთხის განსაზღვრის პრობლემა

განვიხილოთ მარტივი პრობლემა, სადაც გაჩვენებთ, თუ როგორ გამოვიყენოთ მოცემული ფორმულები. აუცილებელია გამოვთვალოთ რამდენად შეიცვლება მთლიანი ასახვის კრიტიკული კუთხე, თუ ალმასი ჰაერიდან წყალში მოთავსდება.

ცხრილში მითითებული მედიის რეფრაქციული მაჩვენებლების მნიშვნელობებს რომ გადავხედეთ, ჩვენ მათ ჩამოვწერთ:

• ჰაერისთვის: n 1 = 1.00029;
• წყლისთვის: n 2 = 1.333;
• ალმასისთვის: n 3 = 2.43.

კრიტიკული კუთხე ალმასი-ჰაერი წყვილისთვის არის:

θ c1 = arcsin(n 1 /n 3) = arcsin (1.00029/2.43) ≈ 24.31 o.

როგორც ხედავთ, ამ წყვილი მედიისთვის კრიტიკული კუთხე საკმაოდ მცირეა, ანუ მხოლოდ იმ სხივებს შეუძლიათ ალმასის ჰაერში გამოსვლა, რომლებიც უფრო ახლოს არიან ნორმასთან ვიდრე 24,31 o.

წყალში ალმასის შემთხვევაში ვიღებთ:

θ c2 = arcsin(n 2 /n 3) = arcsin (1.333/2.43) ≈ 33.27 o.

კრიტიკული კუთხის ზრდა იყო:

Δθ c = θ c2 - θ c1 ≈ 33,27 o - 24,31 o = 8,96 o.

ბრილიანტში სინათლის სრული ასახვის კრიტიკული კუთხის ეს უმნიშვნელო ზრდა იწვევს მას წყალში თითქმის ისევე ანათებს, როგორც ჰაერში.

ფიზიკის ზოგიერთი კანონი ძნელი წარმოსადგენია ვიზუალური საშუალებების გამოყენების გარეშე. ეს არ ეხება ჩვეულებრივ შუქს, რომელიც ეცემა სხვადასხვა ობიექტზე. ასე რომ, ორი მედიის გამყოფ საზღვარზე, სინათლის სხივების მიმართულების ცვლილება ხდება, თუ ეს ზღვარი გაცილებით მაღალია, შუქი ხდება მაშინ, როდესაც მისი ენერგიის ნაწილი უბრუნდება პირველ გარემოს. თუ ზოგიერთი სხივი შეაღწევს სხვა გარემოში, მაშინ ისინი ირღვევა. ფიზიკაში ორი განსხვავებული მედიის საზღვარზე მოხვედრილ ენერგიას ეწოდება ინციდენტი, ხოლო ენერგიას, რომელიც მისგან ბრუნდება პირველ გარემოში, ეწოდება არეკლილი. ეს არის ამ სხივების შედარებითი პოზიცია, რომელიც განსაზღვრავს სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონებს.

Ვადები

დაცემის სხივსა და პერპენდიკულარულ ხაზს შორის ორ მედიას შორის, რომელიც აღდგენილია სინათლის ენერგიის ნაკადის დაცემის წერტილამდე, არის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი მაჩვენებელი. ეს არის ასახვის კუთხე. ეს ხდება ასახულ სხივსა და პერპენდიკულარულ ხაზს შორის, რომელიც აღდგენილია მისი დაცემის წერტილამდე. სინათლეს შეუძლია სწორხაზოვნად გავრცელება მხოლოდ ერთგვაროვან გარემოში. სხვადასხვა მედია შთანთქავს და ასახავს სინათლეს განსხვავებულად. არეკვლა არის სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ნივთიერების არეკვლას. ის გვიჩვენებს, თუ რამდენ ენერგიას მოიტანს სინათლის გამოსხივება გარემოს ზედაპირზე, რაც მისგან არეკლილი გამოსხივებით იქნება წაღებული. ეს კოეფიციენტი დამოკიდებულია მრავალ ფაქტორზე, რომელთაგან ყველაზე მნიშვნელოვანია დაცემის კუთხე და გამოსხივების შემადგენლობა. სინათლის სრული არეკვლა ხდება მაშინ, როდესაც ის ეცემა ამრეკლავი ზედაპირის მქონე ობიექტებს ან ნივთიერებებს. მაგალითად, ეს ხდება მაშინ, როდესაც სხივები ხვდება მინაზე დეპონირებული ვერცხლის და თხევადი ვერცხლისწყლის თხელ ფენას. სინათლის სრული არეკვლა პრაქტიკაში საკმაოდ ხშირად ხდება.

კანონები

სინათლის არეკვლისა და გარდატეხის კანონები ჩამოაყალიბა ევკლიდესმა ჯერ კიდევ III საუკუნეში. ძვ.წ ე. ყველა მათგანი შეიქმნა ექსპერიმენტულად და ადვილად დასტურდება ჰაიგენსის წმინდა გეომეტრიული პრინციპით. მისი თქმით, მედიუმის ნებისმიერი წერტილი, სადაც არეულობა აღწევს, მეორადი ტალღების წყაროა.

პირველი შუქი: დაცემის და ამრეკლავი სხივი, ისევე როგორც ინტერფეისის პერპენდიკულარული ხაზი, რომელიც აღდგენილია სინათლის სხივის დაცემის ადგილზე, განლაგებულია იმავე სიბრტყეში. სიბრტყე ტალღა ეცემა ამრეკლავ ზედაპირზე, რომლის ტალღის ზედაპირი ზოლებია.

სხვა კანონი ამბობს, რომ სინათლის არეკვლის კუთხე უდრის დაცემის კუთხეს. ეს იმიტომ ხდება, რომ მათ აქვთ ერთმანეთის პერპენდიკულური გვერდები. სამკუთხედების თანასწორობის პრინციპებიდან გამომდინარე, გამოდის, რომ დაცემის კუთხე ტოლია არეკვლის კუთხის. მარტივად შეიძლება დადასტურდეს, რომ ისინი დევს იმავე სიბრტყეში, პერპენდიკულარული ხაზით, რომელიც აღდგენილია ინტერფეისზე სხივის დაცემის წერტილში. ეს ყველაზე მნიშვნელოვანი კანონები ასევე მოქმედებს სინათლის საპირისპირო გზაზე. ენერგიის შექცევადობის გამო, სხივი, რომელიც გავრცელდება არეკლილის გზაზე, აისახება ინციდენტის გზაზე.

ამრეკლავი სხეულების თვისებები

ობიექტების აბსოლუტური უმრავლესობა მხოლოდ მათზე შუქის გამოსხივებას ასახავს. თუმცა, ისინი არ არიან სინათლის წყარო. კარგად განათებული სხეულები აშკარად ჩანს ყველა მხრიდან, რადგან მათი ზედაპირიდან გამოსხივება აირეკლება და იფანტება სხვადასხვა მიმართულებით. ამ მოვლენას დიფუზური (გაფანტული) არეკვლა ეწოდება. ეს ხდება მაშინ, როდესაც სინათლე ეცემა ნებისმიერ უხეშ ზედაპირზე. სხეულისგან არეკლილი სხივის გზის დასადგენად მისი დაცემის წერტილში, შედგენილია სიბრტყე, რომელიც ეხება ზედაპირს. შემდეგ მის მიმართ აგებულია სხივების დაცემის და არეკვლის კუთხეები.

დიფუზური ანარეკლი

მხოლოდ სინათლის ენერგიის გაფანტული (დიფუზური) არეკვლის არსებობის გამო გამოვყოფთ ობიექტებს, რომლებსაც არ შეუძლიათ სინათლის გამოსხივება. ნებისმიერი სხეული ჩვენთვის აბსოლუტურად უხილავი იქნება, თუ სხივების გაფანტვა ნულის ტოლია.

სინათლის ენერგიის დიფუზური ასახვა არ იწვევს უსიამოვნო შეგრძნებებს თვალებში. ეს იმიტომ ხდება, რომ ყველა შუქი არ უბრუნდება თავდაპირველ გარემოს. ასე რომ, რადიაციის დაახლოებით 85% აისახება თოვლიდან, 75% თეთრი ქაღალდიდან და მხოლოდ 0,5% შავი ხავერდით. როდესაც სინათლე აირეკლება სხვადასხვა უხეში ზედაპირიდან, სხივები შემთხვევით მიმართულია ერთმანეთთან მიმართებაში. იმისდა მიხედვით, თუ რამდენად აირეკლავს ზედაპირები სინათლის სხივებს, მათ უწოდებენ მქრქალს ან სარკეს. მაგრამ მაინც, ეს ცნებები შედარებითია. ერთი და იგივე ზედაპირები შეიძლება იყოს სარკისებური ან მქრქალი ინციდენტის სინათლის სხვადასხვა ტალღის სიგრძეზე. ზედაპირი, რომელიც თანაბრად აფანტავს სხივებს სხვადასხვა მიმართულებით, ითვლება სრულიად მქრქალად. მიუხედავად იმისა, რომ ბუნებაში ასეთი საგნები პრაქტიკულად არ არსებობს, მათთან ძალიან ახლოს არის მოჭიქული ფაიფური, თოვლი და სახატავი ქაღალდი.

სარკის ანარეკლი

სინათლის სხივების სპეკულარული ასახვა განსხვავდება სხვა ტიპებისგან იმით, რომ როდესაც ენერგიის სხივები გლუვ ზედაპირზე ეცემა გარკვეული კუთხით, ისინი აირეკლება ერთი მიმართულებით. ეს ფენომენი ცნობილია ყველასთვის, ვისაც ოდესმე გამოუყენებია სარკე სინათლის სხივების ქვეშ. ამ შემთხვევაში ეს არის ამრეკლავი ზედაპირი. ამ კატეგორიას მიეკუთვნება სხვა ორგანოებიც. ყველა ოპტიკურად გლუვი ობიექტი შეიძლება კლასიფიცირდეს როგორც სარკე (ამრეკლავი) ზედაპირები, თუ მათზე არსებული არაერთგვაროვნებისა და დარღვევების ზომა 1 მიკრონზე ნაკლებია (არ აღემატება სინათლის ტალღის სიგრძეს). ყველა ასეთი ზედაპირისთვის მოქმედებს სინათლის არეკვლის კანონები.

სინათლის ასახვა სხვადასხვა სარკის ზედაპირიდან

ტექნოლოგიაში ხშირად გამოიყენება სარკეები მრუდი ამრეკლი ზედაპირით (სფერული სარკეები). ასეთი ობიექტები სფერული სეგმენტის ფორმის სხეულებია. სხივების პარალელიზმი ასეთი ზედაპირებიდან სინათლის არეკვლის შემთხვევაში ძლიერ ირღვევა. ასეთი სარკეების ორი ტიპი არსებობს:

ჩაზნექილი - ასახავს შუქს სფეროს სეგმენტის შიდა ზედაპირიდან, მათ უწოდებენ შეგროვებას, რადგან სინათლის პარალელური სხივები, მათგან ასახვის შემდეგ, გროვდება ერთ წერტილში;

ამოზნექილი - ირეკლავს სინათლეს გარე ზედაპირიდან, პარალელური სხივები კი გვერდებზეა მიმოფანტული, რის გამოც ამოზნექილ სარკეებს გაფანტვა ეწოდება.

სინათლის სხივების ასახვის ვარიანტები

ზედაპირის თითქმის პარალელურად სხივი მხოლოდ ოდნავ ეხება მას და შემდეგ აისახება ძალიან ბლაგვი კუთხით. შემდეგ ის აგრძელებს ძალიან დაბალი ტრაექტორიის გასწვრივ, ზედაპირთან ყველაზე ახლოს. თითქმის ვერტიკალურად ჩამოვარდნილი სხივი აისახება მწვავე კუთხით. ამ შემთხვევაში, უკვე ასახული სხივის მიმართულება ახლოს იქნება მოხვედრილი სხივის გზასთან, რაც სრულად შეესაბამება ფიზიკურ კანონებს.

სინათლის რეფრაქცია

ანარეკლი მჭიდრო კავშირშია გეომეტრიული ოპტიკის სხვა ფენომენებთან, როგორიცაა რეფრაქცია და მთლიანი შიდა ასახვა. ხშირად სინათლე გადის საზღვარს ორ მედიას შორის. სინათლის გარდატეხა არის ოპტიკური გამოსხივების მიმართულების ცვლილება. ეს ხდება, როდესაც ის ერთი გარემოდან მეორეში გადადის. სინათლის რეფრაქციას აქვს ორი ნიმუში:

მედიასაშუალებებს შორის საზღვარზე გამავალი სხივი განლაგებულია სიბრტყეში, რომელიც გადის ზედაპირის პერპენდიკულარულ და შემხვედრ სხივს;

დაცემის კუთხე და გარდატეხა დაკავშირებულია.

გარდატეხას ყოველთვის თან ახლავს სინათლის არეკვლა. სხივების არეკლილი და გარდატეხილი სხივების ენერგიების ჯამი უდრის მოხვედრის სხივის ენერგიას. მათი შედარებითი ინტენსივობა დამოკიდებულია დაცემის სხივზე და დაცემის კუთხეზე. მრავალი ოპტიკური ინსტრუმენტის დიზაინი ეფუძნება სინათლის რეფრაქციის კანონებს.

აქტივობა

ციფრული პერისკოპი

აქ არის ტექნიკური სიახლე.

არსებული პერისკოპების ტრადიციული ოპტიკური არხი შეიცვალა მაღალი რეზოლუციის ვიდეოკამერებით და ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კომუნიკაციებით. ინფორმაცია გარე სათვალთვალო კამერებიდან რეალურ დროში გადაეცემა ცენტრალურ საკონტროლო ოთახში ფართო ფორმატის ეკრანზე.

ტესტები მიმდინარეობს ლოს-ანჯელესის კლასის წყალქვეშა ნავზე SSN 767 Hampton. ახალი მოდელი მთლიანად ცვლის პერისკოპით მუშაობის ათწლეულების პრაქტიკას. საათის ოფიცერი ახლა მართავს ბუმზე დამაგრებულ კამერებს, არეგულირებს ეკრანს ჯოისტიკისა და კლავიატურის გამოყენებით.

ცენტრალურ პოსტზე დისპლეის გარდა, პერისკოპიდან გამოსახულება შეიძლება გამოჩნდეს თვითნებურად დიდი რაოდენობით ეკრანებზე ნავის ნებისმიერ ოთახში. კამერები შესაძლებელს ხდის ჰორიზონტის სხვადასხვა სექტორის ერთდროულად დაკვირვებას, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის საათის რეაგირების სიჩქარეს ზედაპირზე ტაქტიკური სიტუაციის ცვლილებებზე.

როგორ ავხსნათ „ქვების თამაში“? სამკაულებში ქვების ჭრა ისეა შერჩეული, რომ თითოეულ სახეზე იყოს სინათლის სრული არეკვლა.

სრული შინაგანი ფენომენი ხსნის მირაჟის ფენომენს

მირაჟი არის ოპტიკური ფენომენი ატმოსფეროში: სინათლის ასახვა ჰაერის ფენებს შორის საზღვრებით, რომლებიც მკვეთრად განსხვავდებიან სითბოში. დამკვირვებლისთვის ასეთი ასახვა ნიშნავს, რომ შორეულ ობიექტთან (ან ცის ნაწილთან) ერთად ჩანს მისი ვირტუალური გამოსახულება, ობიექტთან შედარებით გადატანილი.

მირაჟები იყოფა ქვედა, ხილული ობიექტის ქვეშ, ზედა, ობიექტის ზემოთ და გვერდით. უმაღლესი მირაჟი შეიმჩნევა ცივი დედამიწის ზედაპირის ზემოთ, ქვედა მირაჟი შეინიშნება გადახურებულ ბრტყელ ზედაპირზე, ხშირად უდაბნოში ან ასფალტზე. ცის ვირტუალური გამოსახულება ზედაპირზე წყლის ილუზიას ქმნის. ასე რომ, ზაფხულის ცხელ დღეს შორს გადაჭიმული გზა სველი ჩანს. გვერდითი მირაჟი ზოგჯერ შეინიშნება ძალიან გახურებულ კედლებთან ან კლდეებთან.