Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Zapisz jako PDF Udostępnij materiał

Warto przeczytać

Światło, czyli fala elektromagnetyczna z zakresu od 380 nm do 780 nm, docierając do granicy przezroczystych dla niego ośrodków, może ulec dwóm zjawiskom: odbiciu i załamaniu (Rys. 1.).

RSLRqpm1rv0cT
Rys. 1. Światło padające na granicę ośrodków o różnych współczynnikach załamania może ulec dwóm zjawiskom: odbiciu i załamaniu.

Czasem zdarza się jednak tak, że zjawisko załamania nie występuje. Przyjrzyjmy się temu dokładnie. W ośrodku pierwszym, którego współczynnik załamania będzie większy niż w przypadku ośrodka drugiego, ustawmy źródło światła pod małym kątem padania. Zauważymy wówczas, że oba zjawiska zachodzą. Zwiększajmy teraz stopniowo kąt padania. W pewnym momencie dojdziemy do sytuacji, w której kąt załamania będzie równy 90°, a światło będzie „ślizgało się” po granicy ośrodków (Rys. 2.). Kąt padania nazywamy wówczaskątem granicznymKąt granicznykątem granicznym α gr.

R17HIUzc0o1pH
Rys. 2. Światło padające na granicę ośrodków pod kątem granicznym „ślizga się” po tej granicy.

Jeśli nadal będziemy zwiększali kąt padania, wówczas zjawisko załamania nie zajdzie. Obserwować będziemy tylko odbicie (Rys. 3). Mówimy wówczas o całkowitym wewnętrznym odbiciuCałkowite wewnętrzne odbicie światłacałkowitym wewnętrznym odbiciu. Zjawisko to zostało opisane w pierwszej połowie XIX stulecia niezależnie przez Jacquesa Babineta i Jeana‑Daniela Colladona.

RMaibL4AbCxVq
Rys. 3. Jeśli n1 > n2 oraz kąt padania jest większy od kąta granicznego, zjawisko załamania nie zachodzi, mamy wówczas do czynienia z całkowitym wewnętrznym odbiciem światła.

Pozostaje zatem pytanie, czym jest kąt granicznyKąt granicznykąt graniczny? Otóż jest to maksymalny kąt padania światła, przy którym możemy jeszcze mówić o zjawisku załamania. Wówczas po przejściu przez granicę ośrodków promień „ślizga się po tej granicy”, a kąt załamania wynosi 90° (Rys. 2.). Prawo załamania światła przyjmuje więc postać:

sin α gr sin 90 ° =n2n1.

Przekształcając powyższy wzór otrzymujemy:

sin α gr=n2n1 sin 90 ° =n2n1.

Sinus kąta granicznegoKąt granicznykąta granicznego przyjmuje zatem wartość równą ilorazowi współczynników załamania. Z pomocą kalkulatora bądź tablic trygonometrycznych szukamy takiego kąta, dla którego wartość funkcji sinus będzie najbliższa wspomnianemu ilorazowi. W matematyce operacja taka nosi nazwę funkcji arcus sinus (czyli funkcji odwrotnej do funkcji sinus) i zapisywana jest w następujący sposób:

α gr= arcsin (n2n1).

Jeśli zatem fala świetlna pada na granicę dwóch ośrodków w taki sposób, że kąt padania jest większy niż arcsin (n2n1), wówczas mówimy o całkowitym wewnętrznym odbiciuCałkowite wewnętrzne odbicie światłacałkowitym wewnętrznym odbiciu.

Zjawisko to znalazło wiele zastosowań, na przykład w telekomunikacji, medycynie czy jubilerstwie. Więcej na ten temat dowiesz się z materiału „Gdzie w praktyce znajduje zastosowanie całkowite wewnętrzne odbicie?”.

Słowniczek

Całkowite wewnętrzne odbicie światła
Całkowite wewnętrzne odbicie światła

(ang. total internal reflection) zjawisko polegające na tym, że światło padające na granicę dwóch ośrodków od strony ośrodka o większym współczynniku załamania pod kątem większym od kąta granicznego nie ulega załamaniu, lecz odbija się całkowicie, zatem energia światła padającego zostaje odbita do pierwszego ośrodka.

Kąt graniczny
Kąt graniczny

(ang. critical angle) maksymalny kąt padania światła na granicę dwóch ośrodków, dla którego zachodzi zjawisko załamania.