بازتاب کامل: زاویهٔ حدی
1 · پیشبینی
نورِ در حال گذر از محیط چگالتر (مثل شیشه) به کمچگالتر (مثل هوا) اگر زاویهٔ تابشش بهاندازهٔ کافی تند باشد، میتواند کامل بازتاب شود بهجای شکست بیرون. آیا شیشهٔ ضریببالاتر زاویهٔ حدّی کوچکتر یا بزرگتری دارد؟
- شیشهٔ ضریببالاتر زاویهٔ حدی بزرگتری دارد.
- زاویهٔ حدی به ضریب شیشه بستگی ندارد.
- شیشهٔ ضریببالاتر زاویهٔ حدی کوچکتری دارد — بازتاب کامل زودتر و آسانتر رخ میدهد.
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیمی tir را باز کنید و Reset را بفشارید. نور از شیشه به هوا میرود (n₂ = 1.0 ثابت).
- قرائت زاویهٔ حدی را فعال کنید.
- ضریب شکست شیشه را برای هر آزمایش تنظیم کنید و زاویهٔ حدی را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| ضریب شیشه n₁ | زاویهٔ بحرانی θ_c (°) |
|---|---|
| 1.30 | |
| 1.50 | |
| 1.70 |
برای سه آزمایش، زاویهٔ حدی θ_c (محور y) را بر حسب 1/n₁ (محور x) رسم کنید.
4 · تحلیل
- برای یک آزمایش، θ_c = asin(n₂/n₁) را با n₂ = 1.0 حساب کنید. با جدول مقایسه کنید.
- توضیح دهید چرا شیشهٔ ضریببالاتر (که نور را محکمتر میشکند) زاویهٔ حدّی «کوچکتری» دارد — بازتاب کامل برای دامنهٔ وسیعتری از زاویههای تابش رخ میدهد.
5 · گسترش
- فیبرهای نوری به بازتاب کامل تکیه دارند تا نور را درون مغزی شیشهای ضریببالا به دام بیاندازند و با تقریباً هیچ اتلافی در طول فیبر بجهانند. توضیح دهید چرا سازندگان کابل فیبر نوری مغزیِ شیشهای ضریبخیلیبالا با غلاف ضریبکمتر دورش به کار میبرند.
- الماس ضریب شکست غیرعادی بالایی دارد (حدود 2.42) که زاویهٔ حدی بسیار کوچکی (حدود 24°) میدهد. توضیح دهید چرا این ویژگی الماسِ خوبتراش را درخشان میکند — نوری که از بالا وارد میشود میل دارد بارها بازتاب کامل شود پیش از بیرونآمدن.
فیزیک پشت این آزمایش
زاویهٔ حدی بازتاب کامل
نوری که از محیط متراکمتر (n₁) به سمت محیط کمتراکمتر (n₂ < n₁) میرود، برای هر زاویهٔ تابش فراتر از زاویهٔ بحرانی θ_c = asin(n₂/n₁) کاملاً درونی بازتاب میکند. فراتر از این زاویه هیچ نوری گذر نمیکند — بازتاب 100%.