Całkowite wewnętrzne odbicie: kąt graniczny

1 · Prognoza

Światło biegnące z ośrodka gęstszego (jak szkło) ku rzadszemu (jak powietrze) może odbić się w całości zamiast wyjść, jeśli kąt padania jest dostatecznie stromy. Czy szkło o wyższym współczynniku ma mniejszy czy większy kąt graniczny?

• Szkło o wyższym współczynniku ma większy kąt graniczny.
• Kąt graniczny nie zależy od współczynnika szkła.
• Szkło o wyższym współczynniku ma mniejszy kąt graniczny — całkowite odbicie wewnętrzne zaczyna działać łatwiej.

2 · Przygotowanie

1. Otwórz preset tir i naciśnij Reset. Światło biegnie ze szkła do powietrza (n₂ = 1.0 ustalone).
2. Włącz odczyt kąta granicznego.
3. Ustaw współczynnik załamania szkła dla każdej próby i zapisz kąt graniczny.

3 · Zbieranie danych

Narysuj kąt graniczny θ_c (oś y) względem 1/n₁ (oś x) dla trzech prób.

4 · Analiza

1. Dla jednej próby oblicz θ_c = asin(n₂/n₁) przy n₂ = 1.0. Porównaj z tabelą.
2. Wyjaśnij, dlaczego szkło o wyższym współczynniku (mocniej gnące światło) ma MNIEJSZY kąt graniczny — całkowite odbicie wewnętrzne zachodzi dla szerszego zakresu kątów padania.

5 · Rozszerzenie

1. Światłowody polegają na całkowitym odbiciu wewnętrznym, by uwięzić światło w rdzeniu z wysokoindeksowego szkła, odbijając je wzdłuż długości włókna z niemal zerową stratą. Wyjaśnij, dlaczego producenci kabli światłowodowych używają rdzeni o bardzo wysokim współczynniku otoczonych płaszczem o niższym.
2. Diament ma niezwykle wysoki współczynnik załamania (około 2.42), dający bardzo mały kąt graniczny (około 24°). Wyjaśnij, dlaczego to czyni dobrze szlifowany diament olśniewającym — światło wchodzące od góry ma tendencję do wielokrotnego całkowitego odbicia wewnętrznego przed wyjściem.

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu