Nazywa się ono całkowitym wewnętrznym odbiciem. Na czym to polega?
Aby lepiej zrozumieć to zjawisko, przypomnijmy sobie, jak się zachowuje promień światła, który wychodzi od ośrodka z większym - względem próżni - współczynnikiem załamania (na przykład ze szkła) do ośrodka z mniejszym współczynnikiem załamania (na przykład do powietrza) - patrz rysunek 1
Pierwszy ośrodek fizycy nazywają jeszcze optycznie gęstszym, a drugi - optycznie rzadszym. Jak widać na rysunku, w ośrodku optycznie rzadszym (górnym) promień światła będzie bardziej się odchylał od linii prostej (DOC) prostopadłej do powierzchni niż w ośrodku optycznie gęstszym: kąt COB jest większy niż kąt AOD.
Zwróćmy teraz uwagę na to, że oprócz promienia załamanego OB powstaje tutaj również promień odbity OF. Otóż, energia promienia padającego AO jest rozgałęziona na 2 części: jedna jest "wykorzystana" do tworzenia promienia załamanego, druga - promienia odbitego.
Załóżmy, że będziemy teraz zwiększali kąt padający AOD - tak, jak jest pokazane na rysunku poniżej.
Źródło: www.timbercon.com
Łatwo się domyślić, że przy pewnym (granicznym) kącie padania Alfa gr kąt załamania COB będzie wynosił 90 st, czyli promień załamany pobiegnie wzdłuż powierzchni rozdzielającej ośrodki. Przy dalszym zwiększaniu kąta padania AOD promień załamany OB po prostu zniknie, a promień odbity w tym samym momencie stanie się bardziej jaskrawym. To oznacza, że energia promienia padającego (z dokładnością strat na pochłanianie) jest całkowicie "wykorzystana" do tworzenia promienia odbitego. Natomiast do środowiska optycznie rzadszego (środowisko II - na rys. 1) światło w ogóle nie dociera. Takie zjawisko nazywa się całkowitym wewnętrznym odbiciem i w rzeczywistości wygląda w następujący sposób:
Przypomnijmy sobie teraz, jak wygląda powierzchnia wody, jeżeli patrzymy na nią, znajdując się w morzu czy jeziorze? Łatwo jest zauważyć, że jest ona błyszcząca jak lustro. Dlaczego? Załóżmy, że znajdujemy się (zgodnie z rys. 1) wewnątrz środowiska II. Będziemy patrzyli na powierzchnię rozdzielającą ośrodki. Jeżeli do kąta, pod którym patrzymy prawdziwy jest warunek na całkowite wewnętrzne odbicie, to powierzchnia zadziała tak, jak lustro. Czyli promienie trafiające na tę powierzchnię będą od niej odbite, a nasze oczy będą odbierały ją jak lustrzaną (błyszczącą).
Pająk topik żyje w wodzie, ale oddycha powietrzem atmosferycznym. Dlatego musi sobie zbudować pod wodą specjalny powietrzny domek, którego ścianki są splecione ze szczelnej warstwy pajęczyny. Zapas powietrza topik uzupełnia, wciągając na swoim odwłoku powietrzne bańki z powierzchni wody do środka domku. Robi to w sposób następujący:
Zwróćmy uwagę na to, że domek topika a zarazem i powietrze, które on przynosi na odwłoku wyglądają jak srebrne. Dlaczego? Jest oczywistym, że zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia zachodzi na granicy woda-powietrze, nawet wtedy, kiedy powietrze znajduje się w pajęczynie. Domek pająka całkowicie odbija trafiające na niego promienie światła i - dzięki temu - wygląda jak lustrzany. Przez ten ładny domek nazwa topika w pewnych językach zawiera słowo pochodzące od słowa "srebro". Na przykład, po ukraińsku "srebro" - to "sriblo", otóż ten pająk nazywa się "pawuk-sriblianka"
Zjawisko całkowitego odbicia wewnętrznego nie tylko upiększa domek topika. Służy ono ludziom w bardzo istotnych urządzeniach, bez których ciężko sobie wyobrazić współczesne życie. Omówimy to szczegółowo w następnym artykule.
Sergiusz Truszkin
Autor skończył kierunek fizyko-matematyczny NPIP (obecnie - Niżyński Państwowy Uniwersytet) im. M. Gogola na Ukrainie. Pracuje w Instytucie Fizyki PAN. Zajmuje się badaniem półprzewodników w wysokich ciśnieniach hydrostatycznych. Pracę naukowo-badawczą łączy z dziennikarstwem naukowym.
Czytaj także:
Do czego służy węglowa futbolówka?
Tajemnica grobu Kopernika wyjaśniona
