Totalna refleksija — zašto površina vode odozdo izgleda kao ogledalo?
Prelazak svetlosti iz optički gušće u ređu sredinu, granični ugao totalne refleksije (prelomni ugao 90°), uslovi za totalnu refleksiju i primene: optička vlakna, prenos signala, endoskop u medicini, sjaj dijamanta i Hartlijeva ploča za oglede.
Video
Pojmovi
- Iz gušće u ređu sredinu
- Kad svetlost prelazi iz optički gušće u optički ređu sredinu (na primer iz vode ili stakla u vazduh), lomi se od normale: prelomni ugao je veći od upadnog (osim kad zrak pada normalno na granicu — tada ne skreće). Pri tome se deo svetlosti uvek i odbije od granice, pod odbojnim uglom jednakim upadnom.
- Granični ugao totalne refleksije
- Što je upadni ugao veći, prelomljeni zrak je bliže granici. Pri jednom upadnom uglu prelomljeni zrak više ne ulazi u vazduh, nego klizi tik uz granicu — prelomni ugao je tada 90°. Taj upadni ugao zove se granični ugao totalne refleksije. Zavisi od obe sredine: za vodu i vazduh je oko 49°, za staklo i vazduh oko 42°, za dijamant i vazduh samo oko 24°.
- Totalna refleksija
- Ako je upadni ugao veći od graničnog, svetlost uopšte ne prelazi u drugu sredinu — cela se odbije nazad, kao od savršenog ogledala. To je totalna (potpuna) refleksija. Kod običnog prelamanja odbije se samo deo svetlosti, a ovde sva.
- Dva uslova
- Totalna refleksija nastaje samo kad su ispunjena oba uslova: svetlost ide iz optički gušće u optički ređu sredinu, i upadni ugao je veći od graničnog. Kad svetlost ide iz vazduha u vodu ili staklo, totalne refleksije nikad nema, ma koliki bio ugao.
- Optička vlakna
- Optičko vlakno je tanka staklena ili plastična nit: unutra je jezgro, a oko njega omotač manjeg indeksa prelamanja. Svetlost u jezgru udara u omotač pod velikim uglom, totalno se odbija i tako, od odbijanja do odbijanja, putuje kroz vlakno — čak i kad je vlakno blago savijeno.
- Primene vlakana
- Optički kablovi (snopovi vlakana) donose internet, televiziju i telefonske razgovore do kuća i škola: podaci se pretvore u kratke svetlosne bljeskove koji jure kroz vlakno, a na drugom kraju se ponovo pretvore u slike i zvuk. U bolnici lekar kroz tanku savitljivu cev sa vlaknima (endoskop) pogleda, na primer, u stomak ili koleno, bez otvaranja tela.
- Totalna refleksija oko nas
- Ronilac koji gleda ukoso ka površini vode, pod uglom većim od graničnog, ne vidi nebo nego odraz dna — površina mu izgleda kao ogledalo. Dijamant blista zato što mu je granični ugao vrlo mali: svetlost se u njemu mnogo puta totalno odbije pre nego što izađe.
- Hartlijeva ploča
- U školskim ogledima uglovi se mere Hartlijevom pločom — to je kao veliki uglomer: okrugla ploča sa podeocima u stepenima. Lampu pomeraš po ivici i čitaš pod kojim uglom zrak pada na staklo postavljeno u sredini, i pod kojim se uglom odbija ili prelama. Tako se lepo vidi i granični ugao.
Pitanja
Pitanje 1 od 10
1. Kada svetlost ukoso prelazi iz vode u vazduh, kako se lomi?
2. Šta je granični ugao totalne refleksije?
3. Šta se dešava sa svetlošću kada je upadni ugao veći od graničnog?
4. Iz koje u koju sredinu svetlost mora da ide da bi nastala totalna refleksija?
5. Može li nastati totalna refleksija kada svetlost iz vazduha pada na vodu?
6. Šta važi za granični ugao?
7. Zašto omotač optičkog vlakna ima manji indeks prelamanja od jezgra?
8. Šta se prenosi kroz optičke kablove?
9. Čemu služi endoskop u medicini?
10. Zašto dijamant jako blista?
Rešeni zadaci
Lampa na dnu bazena šalje zrak ka površini pod upadnim uglom od 60°. Granični ugao za vodu i vazduh je oko 49°. Šta se dešava sa zrakom?
-
Zrak ide iz vode (optički gušće) u vazduh (optički ređi).Prvi uslov je ispunjen.
-
60° > 49°Upadni ugao je veći od graničnog — i drugi uslov je ispunjen.
-
Zrak se ceo odbija nazad u vodu, pod odbojnim uglom od 60°.Kod odbijanja je odbojni ugao jednak upadnom.
Ista lampa šalje drugi zrak pod upadnim uglom od 30°. Šta se dešava sa njim?
-
30° < 49°Upadni ugao je manji od graničnog, pa totalne refleksije nema.
-
Veći deo svetlosti izlazi u vazduh i lomi se od normale, pa je prelomni ugao veći od 30°.Iz gušće u ređu sredinu zrak se lomi od normale.
-
Manji deo se odbija nazad u vodu pod uglom od 30°.Delimično odbijanje postoji kod svakog prelamanja.
Zrak iz vazduha pada na staklo pod upadnim uglom od 80°. Granični ugao za staklo i vazduh je oko 42°. Da li nastaje totalna refleksija?
-
Zrak ide iz vazduha (optički ređeg) u staklo (optički gušće).Prvi uslov nije ispunjen.
-
Veliki ugao ne pomaže: zrak se delimično odbije, a ostatak uđe u staklo i lomi se ka normali.Granični ugao važi samo za prelazak iz gušće u ređu sredinu.
Zašto svetlost ostaje u optičkom vlaknu i kada se vlakno blago savije?
-
Svetlost u jezgru stalno udara u omotač, koji je optički ređi.Prvi uslov je ispunjen.
-
Pri blagom savijanju zrak i dalje pada na omotač pod uglom većim od graničnog.I drugi uslov je ispunjen, pa se zrak totalno odbija.
-
Posle svakog odbijanja zrak opet stiže do omotača i opet se odbija.Tako svetlost putuje kroz celo vlakno.
Test
Pročitaj zadatak i izaberi tačan odgovor. Računa se šta pogodiš iz prvog pokušaja.
Granični ugao za staklo i vazduh je oko 42°. Zrak unutar stakla pada na granicu sa vazduhom pod upadnim uglom od 55°. Šta se dešava?
Zrak iz vode pada na površinu tačno pod graničnim uglom. Kako ide prelomljeni zrak?
U kom slučaju može da nastane totalna refleksija?
Nikola gleda ribicu kroz bočno staklo akvarijuma, malo odozdo, i iznad nje vidi njen odraz u površini vode. Zašto se vidi odraz?
Bravo, čas je završen!
Želiš sertifikat? Napravi besplatan nalog, pa uradi test još jednom (treba bar 3 od 4 tačno). Rezultati se tada čuvaju, a sertifikat možeš da odštampaš ili podeliš.
Napravi besplatan nalogPohvali se i pozovi drugara:
Sledeći čas: 14. Prizme — odakle duga na zidu kad sunce obasja stakleni privezak?