ტიპიური განათების ეფექტები, რომლებსაც ყოველი ადამიანი ხშირად ხვდება ყოველდღიურ ცხოვრებაში, არის არეკვლა და რეფრაქცია. ამ სტატიაში განვიხილავთ შემთხვევას, როდესაც ორივე ეფექტი თავს იჩენს ერთი და იგივე პროცესის ფარგლებში, ვისაუბრებთ შინაგანი მთლიანი ასახვის ფენომენზე.
სინათლის ანარეკლი
სინათლის შინაგანი მთლიანი ასახვის ფენომენის განხილვამდე, თქვენ უნდა გაეცნოთ ჩვეულებრივი არეკვლისა და რეფრაქციის ეფექტებს. დავიწყოთ პირველით. სიმარტივისთვის განვიხილავთ მხოლოდ სინათლეს, თუმცა ეს ფენომენი დამახასიათებელია ნებისმიერი ბუნების ტალღისთვის.
არეკვლა გაგებულია, როგორც ერთი მართკუთხა ტრაექტორიის ცვლილება, რომლის გასწვრივაც სინათლის სხივი მოძრაობს, მეორე სწორხაზოვან ტრაექტორიაზე, როდესაც ის გზაზე დაბრკოლებას ხვდება. ეს ეფექტი შეიძლება შეინიშნოს ლაზერული მაჩვენებლის სარკეზე მითითებისას. ცისა და ხეების გამოსახულებების გამოჩენა წყლის ზედაპირის დათვალიერებისას ასევე მზის შუქის არეკვლის შედეგია.
არეკლისთვის მოქმედებს შემდეგი კანონი: კუთხეებიინციდენტი და ასახვა დევს იმავე სიბრტყეში ამრეკლავი ზედაპირის პერპენდიკულარულთან ერთად და ერთმანეთის ტოლია.
შუქის გარდატეხა
რეფრაქციის ეფექტი არეკვლის მსგავსია, მხოლოდ მაშინ ჩნდება, თუ სინათლის სხივის გზაზე დაბრკოლება სხვა გამჭვირვალე გარემოა. ამ შემთხვევაში, საწყისი სხივის ნაწილი აისახება ზედაპირიდან, ნაწილი კი გადადის მეორე გარემოში. ამ ბოლო ნაწილს რეფრაქციული სხივი ჰქვია, ხოლო კუთხეს, რომელსაც ის ქმნის ინტერფეისის პერპენდიკულარულთან, ეწოდება გარდატეხის კუთხე. გარდატეხილი სხივი მდებარეობს იმავე სიბრტყეში, როგორც არეკლილი და დაცემის სხივი.
რეფრაქციის ძლიერი მაგალითებია ფანქრის გატეხვა ჭიქა წყალში ან ტბის მატყუარა სიღრმე, როდესაც ადამიანი მის ფსკერს ზემოდან უყურებს.
მათემატიკურად, ეს ფენომენი აღწერილია სნელის კანონის გამოყენებით. შესაბამისი ფორმულა ასე გამოიყურება:
1 sin (θ1)=n2 ცოდვა (θ 2).
აქ დაცემის და გარდატეხის კუთხეები აღინიშნება, როგორც θ1 და θ2 შესაბამისად. რაოდენობა n1, n2 ასახავს სინათლის სიჩქარეს თითოეულ გარემოში. მათ მედიის რეფრაქციულ მაჩვენებლებს უწოდებენ. რაც უფრო დიდია n, მით უფრო ნელა მოძრაობს სინათლე მოცემულ მასალაში. მაგალითად, წყალში სინათლის სიჩქარე 25%-ით ნაკლებია, ვიდრე ჰაერში, ამიტომ მისთვის გარდატეხის ინდექსი არის 1,33 (ჰაერისთვის არის 1).
მთლიანი შინაგანი ასახვის ფენომენი
სინათლის გარდატეხის კანონი მივყავართ ერთსსაინტერესო შედეგია, როდესაც სხივი ვრცელდება საშუალოდან დიდი n-ით. მოდით განვიხილოთ უფრო დეტალურად რა მოუვა სხივს ამ შემთხვევაში. მოდით ჩამოვწეროთ სნელის ფორმულა:
1 sin (θ1)=n2 ცოდვა (θ 2).
ჩვენ ვივარაუდებთ, რომ n1>n2. ამ შემთხვევაში, ტოლობა რომ დარჩეს ჭეშმარიტი, θ1 უნდა იყოს ნაკლები θ2. ეს დასკვნა ყოველთვის მართებულია, ვინაიდან განიხილება მხოლოდ კუთხეები 0o-დან 90o-მდე, რომლის ფარგლებშიც სინუსური ფუნქცია მუდმივად იზრდება. ამრიგად, როდესაც ტოვებს უფრო მკვრივ ოპტიკურ გარემოს ნაკლებად მკვრივს (n1>n2), სხივი უფრო მეტად გადახრის ნორმას.
ახლა გავზარდოთ კუთხე θ1. შედეგად, დადგება მომენტი, როდესაც θ2 უდრის 90o. საოცარი ფენომენი ხდება: მასში დარჩება უფრო მკვრივი გარემოდან გამოსხივებული სხივი, ანუ მისთვის ორ გამჭვირვალე მასალას შორის ინტერფეისი გახდება გაუმჭვირვალე.
კრიტიკული კუთხე
კუთხე θ1, რომლისთვისაც θ2=90o, ე.წ. კრიტიკულია განხილული წყვილი მედიისთვის. ნებისმიერი სხივი, რომელიც ურტყამს ინტერფეისს კრიტიკულ კუთხეზე მეტი კუთხით, მთლიანად აისახება პირველ გარემოში. კრიტიკული კუთხისთვის θc შეიძლება დაწეროთ გამონათქვამი, რომელიც პირდაპირ გამომდინარეობს სნელის ფორმულიდან:
ცოდვა (θc)=n2 / n1.
თუმეორე საშუალო არის ჰაერი, შემდეგ ეს თანასწორობა გამარტივებულია ფორმაში:
sin (θc)=1 / n1.
მაგალითად, წყლის კრიტიკული კუთხეა:
θc=რკალი (1/1, 33)=48, 75o.
თუ აუზის ფსკერზე ჩახვალთ და მაღლა აიხედავთ, დაინახავთ ცას და ღრუბლებს, რომლებიც მასზე გადიან მხოლოდ საკუთარ თავზე, წყლის დანარჩენ ზედაპირზე კი მხოლოდ აუზის კედლები ჩანს..
ზემოხსენებული მსჯელობიდან ირკვევა, რომ რეფრაქციისგან განსხვავებით, მთლიანი ასახვა არ არის შექცევადი ფენომენი, ის ჩნდება მხოლოდ მკვრივი გარემოდან ნაკლებად მკვრივ გარემოზე გადასვლისას, მაგრამ არა პირიქით.
ტოტალური ასახვა ბუნებასა და ტექნოლოგიაში
ალბათ ყველაზე გავრცელებული ეფექტი ბუნებაში, რაც შეუძლებელია სრული ასახვის გარეშე, არის ცისარტყელა. ცისარტყელას ფერები წვიმის წვეთებში თეთრი სინათლის გაფანტვის შედეგია. თუმცა, როდესაც სხივები გადის ამ წვეთების შიგნით, ისინი განიცდიან ერთ ან ორმაგ შიდა არეკვლას. ამიტომ ცისარტყელა ყოველთვის ორმაგად ჩნდება.
შიდა მთლიანი ასახვის ფენომენი გამოიყენება ოპტიკურ-ბოჭკოვანი ტექნოლოგიაში. ოპტიკური ბოჭკოების წყალობით შესაძლებელია ელექტრომაგნიტური ტალღების გადაცემა შორ მანძილზე დანაკარგის გარეშე.
