Οπτική

Ολική εσωτερική ανάκλαση

Πέρα από την οριακή γωνία κανένα φως δεν διαφεύγει — η ακτίνα ανακλάται ολικά πίσω στο πυκνότερο μέσο (θc = arcsin(n₂/n₁)).

Ολική εσωτερική ανάκλαση — διαδραστική προσομοίωση Οπτική. Πέρα από την οριακή γωνία κανένα φως δεν διαφεύγει — η ακτίνα ανακλάται ολικά πίσω στο πυκνότερο μέσο (θc = arcsin(n₂/n₁)). Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Ολική εσωτερική ανάκλαση

Πέρα από την οριακή γωνία κανένα φως δεν διαφεύγει — η ακτίνα ανακλάται ολικά πίσω στο πυκνότερο μέσο (θc = arcsin(n₂/n₁)).

Όταν το φως ταξιδεύει από πυκνότερο σε αραιότερο μέσο, η αύξηση της γωνίας πρόσπτωσης φτάνει τελικά την οριακή γωνία όπου οι διαθλώμενες ακτίνες θα έτριβαν την επιφάνεια. Πέρα από θ_c όλη η ενέργεια ανακλάται εσωτερικά — η αρχή πίσω από τις οπτικές ίνες και τη λάμψη του διαμαντιού.

• θ_c = arcsin(n₂/n₁)
• Καμία διαβίβαση πέρα από θ_c

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Φως που ταξιδεύει από πυκνότερο μέσο (όπως γυαλί) προς λιγότερο πυκνό (όπως αέρας) μπορεί να ανακλαστεί εξ ολοκλήρου αντί να διαθλαστεί έξω, αν η γωνία πρόσπτωσης είναι αρκετά απότομη. Έχει γυαλί υψηλότερου δείκτη μικρότερη ή μεγαλύτερη οριακή γωνία;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Γυαλί υψηλότερου δείκτη έχει μεγαλύτερη οριακή γωνία.
• Η οριακή γωνία δεν εξαρτάται από τον δείκτη του γυαλιού.
• Γυαλί υψηλότερου δείκτη έχει μικρότερη οριακή γωνία — η ολική εσωτερική ανάκλαση ενεργοποιείται πιο εύκολα.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Δείκτης γυαλιού n₁

Τι μετράς:

• Οριακή γωνία θ_c (°)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή tir και πάτησε Επαναφορά. Το φως ταξιδεύει από γυαλί στον αέρα (n₂ = 1.0 σταθερό).
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη οριακής γωνίας.
3. Ρύθμισε τον δείκτη διάθλασης γυαλιού για κάθε δοκιμή και κατέγραψε την οριακή γωνία.

Κυρίαρχη εξίσωση

Οριακή γωνία για ολική εσωτερική ανάκλαση — θc = arcsin(n₂/n₁)

Φως που ταξιδεύει από πυκνότερο μέσο (n₁) προς λιγότερο πυκνό (n₂ < n₁) ανακλάται ολικά εσωτερικά για οποιαδήποτε γωνία πρόσπτωσης πέρα από την οριακή γωνία θ_c = asin(n₂/n₁). Πέρα από αυτή τη γωνία, κανένα φως δεν διαβιβάζεται καθόλου — 100% ανάκλαση.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε θ_c = asin(n₂/n₁) χρησιμοποιώντας n₂ = 1.0. Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Εξήγησε γιατί γυαλί υψηλότερου δείκτη (κάμπτοντας το φως ισχυρότερα) έχει ΜΙΚΡΟΤΕΡΗ οριακή γωνία — η ολική εσωτερική ανάκλαση συμβαίνει για ευρύτερο εύρος γωνιών πρόσπτωσης.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Οπτικές ίνες βασίζονται στην ολική εσωτερική ανάκλαση για να παγιδεύσουν φως μέσα σε πυρήνα γυαλιού υψηλού δείκτη, αναπηδώντας το κατά το μήκος της ίνας με σχεδόν καμία απώλεια. Εξήγησε γιατί οι κατασκευαστές καλωδίων οπτικών ινών χρησιμοποιούν πυρήνες γυαλιού πολύ υψηλού δείκτη περιτριγυρισμένους από επικάλυψη χαμηλότερου δείκτη.
• Το διαμάντι has ασυνήθιστα υψηλό δείκτη διάθλασης (περίπου 2.42), δίνοντάς του πολύ μικρή οριακή γωνία (περίπου 24°). Εξήγησε γιατί αυτό κάνει ένα καλά κομμένο διαμάντι να λάμπει λαμπρά — το φως που εισέρχεται από την κορυφή τείνει να ανακλάται ολικά εσωτερικά πολλαπλές φορές πριν εξέλθει.

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Καλώς όρισες στην Ολική ανάκλαση
2. Επίλεξε το αντικείμενο
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Κανένα φως δεν διαβιβάζεται
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Νόμος Snell διάθλασης