Оптика Понимание критического угла для полного внутреннего отражения
Оптика - Критический угол для полного внутреннего отражения
Понимание полного внутреннего отражения
явление полного внутреннего отражения. Полное внутреннее отражение (ПВО).
В центре TIR лежит увлекательная концепция, известная как критический уголКритический угол — это минимальный угол падения, при котором происходит полное внутреннее отражение. Теперь давайте углубимся в науку, стоящую за этим.
Критический угол объяснен простыми терминами
Критический угол можно понять, используя принципы преломления света, регулируемые законом Снелла. Когда свет проходит из более плотной среды (например, воды) в менее плотную среду (например, воздух), он отклоняется от перпендикуляра. По мере увеличения угла падения преломленный световой луч отклоняется все дальше от перпендикуляра. Когда этот угол достигает определенной точки, преломленный луч касается границы двух сред. Этот специфический угол называется критическим углом. критический уголЛюбой угол больше критического угла приводит к полному внутреннему отражению.
Формула для критического угла
Закон Снелла определяет взаимосвязь между углами падения и преломления, а также показателями преломления двух сред:
n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)Где:
- n1 Показатель преломления более плотной среды
- θ1: Угол падения
- n2: Показатель преломления менее плотной среды
- θ2: Угол преломления
При критическом угле (θcугол преломления θ2 стает 90 градусов, так как преломленный луч скользит вдоль границы. Подставив это в закон Снелла, мы получаем:
n1 * sin(θc) = n2 * sin(90°)С тех пор sin(90°) = 1формула упрощается до:
sin(θc) = n2 / n1Или в удобной для использования форме:
θc = arcsin(n2 / n1)Использование параметров:
n1Показатель преломления более плотной среды (безразмерный)n2:Индекс преломления менее плотной среды (безразмерная величина)
Примеры расчета критического угла
Пример 1: Интерфейс вода воздух
Рассмотрим случай света, проходящего из воды (n1 = 1.33) в воздух (n2 = 1.00). Используя формулу:
θc = arcsin(1.00 / 1.33)Расчет этого дает:
θc ≈ 48.75°
Это означает, что при любом угле падения больше 48.75° свет будет претерпевать полное внутреннее отражение на границе вода-воздух.
Пример 2: Интерфейс стекло воздух
Рассмотрим свет, traveling из стекла (n1 = 1.5) в воздух (n2 = 1.00):
θc = arcsin(1.00 / 1.5)Расчет этого дает:
θc ≈ 41.81°
Свет, проходящий из стекла в воздух под углами падения больше 41.81°, будет полностью внутренне отражён.
Секция ЧаВо
Какова значимость критического угла?
Критический угол имеет значение в оптике, потому что он определяет условия для полного внутреннего отражения, что имеет решающее значение для различных приложений, таких как оптоволокно, бинокли и определенные оптические приборы.
Общий внутренний отражение не может происходить, когда свет проходит из менее плотной среды в более плотную среду.
Нет, полное внутреннее отражение может происходить только тогда, когда свет проходит из более плотной среды в менее плотную.
Что происходит, если угол падения точно равен критическому углу?
Если угол падения точно равен критическому углу, то преломленный световой луч будет двигаться вдоль границы двух сред.
Заключение
Понимание критического угла имеет решающее значение в изучении оптики. Используя формулу θc = arcsin(n2 / n1) Зная показатели преломления двух рассматриваемых сред, можно определить угол, за которым произойдет полное внутреннее отражение. Это явление не только fascinates, но и крайне практично, являясь основой технологий в волоконной оптике и различных оптических устройствах.