Täydellinen sisäinen heijastuminen: kriittinen kulma

1 · Ennusta

Valo, joka kulkee tiheämmästä väliaineesta (kuten lasista) kohti harvempaa (kuten ilmaa), voi heijastua kokonaan taittumisen sijaan, jos tulokulma on tarpeeksi jyrkkä. Onko korkeammaindeksisella lasilla pienempi vai suurempi kriittinen kulma?

• Korkeammaindeksisella lasilla on suurempi kriittinen kulma.
• Kriittinen kulma ei riipu lasin indeksistä.
• Korkeammaindeksisella lasilla on pienempi kriittinen kulma – täydellinen sisäinen heijastuminen käynnistyy helpommin.

2 · Kokoa

1. Avaa TIR-esiasetus ja paina Nollaa. Valo kulkee lasista ilmaan (n₂ = 1.0 kiinteä).
2. Ota käyttöön kriittisen kulman lukema.
3. Aseta lasin taittokerroin jokaiselle suoritukselle ja kirjaa kriittinen kulma.

3 · Kerää data

Kuvaa kriittinen kulma θ_c (y-akseli) arvoa 1/n₁ vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi.

4 · Analysoi

1. Yhdelle suoritukselle laske θ_c = asin(n₂/n₁) arvolla n₂ = 1.0. Vertaa taulukkoon.
2. Selitä, miksi korkeammaindeksinen lasi (tarkentava valoa voimakkaammin) on PIENEMPI kriittinen kulma – täydellinen sisäinen heijastuminen tapahtuu laajemmalla tulokulmien alueella.

5 · Laajenna

1. Optiset kuidut nojaavat täydelliseen sisäiseen heijastumiseen vangitakseen valon korkeammaindeksisen lasiytimen sisälle, pompputtaaen sitä kuidun pituudelta lähes ilman häviötä. Selitä, miksi kuitoptiikan valmistajat käyttävät hyvin korkeammaindeksisiä lasiytimiä, jotka on ympäröity matalamman indeksin vaippamateriaalilla.
2. Timantilla on poikkeuksellisen korkea taittokerroin (noin 2.42), antaen sille hyvin pienen kriittisen kulman (noin 24°). Selitä, miksi tämä tekee hyvin hiottusta timantista kimaltavan loistavasti – ylhäältä tuleva valo pyrkii heijastumaan täysin sisäisesti monta kertaa ennen poistumistaan.

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia