Efektet tipike të ndriçimit që çdo person has shpesh në jetën e përditshme janë reflektimi dhe përthyerja. Në këtë artikull, ne do të shqyrtojmë rastin kur të dy efektet shfaqen brenda të njëjtit proces, do të flasim për fenomenin e reflektimit total të brendshëm.
Reflektim i dritës
Para se të shqyrtoni fenomenin e reflektimit total të brendshëm të dritës, duhet të njiheni me efektet e reflektimit dhe thyerjes së zakonshme. Le të fillojmë me të parën. Për thjeshtësi, ne do të konsiderojmë vetëm dritën, megjithëse këto dukuri janë karakteristike për një valë të çdo natyre.
Reflektimi kuptohet si një ndryshim i një trajektoreje drejtvizore, përgjatë së cilës lëviz një rreze drite, në një trajektore tjetër drejtvizore, kur ndeshet me një pengesë në rrugën e saj. Ky efekt mund të vërehet kur drejtoni një tregues lazer në një pasqyrë. Shfaqja e imazheve të qiellit dhe pemëve kur shikon sipërfaqen e ujit është gjithashtu rezultat i reflektimit të dritës së diellit.
Ligji i mëposhtëm është i vlefshëm për reflektim: këndetincidenca dhe reflektimi shtrihen në të njëjtin rrafsh së bashku me pingulën me sipërfaqen reflektuese dhe janë të barabarta me njëra-tjetrën.
Përthyerja e dritës
Efekti i përthyerjes është i ngjashëm me reflektimin, vetëm ai ndodh nëse pengesa në rrugën e rrezes së dritës është një tjetër medium transparent. Në këtë rast, një pjesë e rrezes fillestare reflektohet nga sipërfaqja, dhe një pjesë kalon në mediumin e dytë. Kjo pjesë e fundit quhet rreze e përthyer, dhe këndi që bën me pingul me ndërfaqen quhet kënd i përthyerjes. Rrezja e përthyer shtrihet në të njëjtin rrafsh me rrezen e reflektuar dhe atë përplasëse.
Shembuj të fortë të përthyerjes janë thyerja e një lapsi në një gotë me ujë ose thellësia mashtruese e një liqeni kur një person shikon poshtë në fund të tij.
Matematikisht, ky fenomen përshkruhet duke përdorur ligjin e Snell-it. Formula përkatëse duket kështu:
1 mëkat (θ1)=n2 mëkat (θ 2).
Këtu këndet e incidencës dhe të thyerjes shënohen si θ1 dhe θ2 respektivisht. Sasitë n1, n2 pasqyrojnë shpejtësinë e dritës në çdo mjedis. Ata quhen indekset refraktive të medias. Sa më i madh n, aq më ngadalë udhëton drita në një material të caktuar. Për shembull, në ujë shpejtësia e dritës është 25% më e vogël se në ajër, kështu që për të indeksi i thyerjes është 1,33 (për ajrin është 1).
Fenomeni i reflektimit total të brendshëm
Ligji i thyerjes së dritës çon në njënjë rezultat interesant kur rrezja përhapet nga një medium me n të madh. Le të shqyrtojmë më në detaje se çfarë do të ndodhë me rreze në këtë rast. Le të shkruajmë formulën e Snell:
1 mëkat (θ1)=n2 mëkat (θ 2).
Ne do të supozojmë se n1>n2. Në këtë rast, që barazia të mbetet e vërtetë, θ1 duhet të jetë më e vogël se θ2. Ky përfundim është gjithmonë i vlefshëm, pasi konsiderohen vetëm kënde nga 0o deri në 90o, brenda të cilave funksioni sinus është vazhdimisht në rritje. Kështu, kur lihet një medium optik më i dendur për një medium më pak të dendur (n1>n2), rrezja devijon më shumë nga normalja.
Tani le të rrisim këndin θ1. Si rezultat, do të vijë momenti kur θ2 do të jetë e barabartë me 90o. Ndodh një fenomen i mahnitshëm: një rreze e lëshuar nga një mjedis më i dendur do të mbetet në të, domethënë, për të ndërfaqja midis dy materialeve transparente do të bëhet e errët.
Këndi kritik
Këndi θ1, për të cilin θ2=90o, quhet kritike për palën e konsideruar të mediave. Çdo rreze që godet ndërfaqen në një kënd më të madh se këndi kritik, reflektohet plotësisht në mediumin e parë. Për këndin kritik θc mund të shkruhet një shprehje që rrjedh drejtpërdrejt nga formula e Snell:
sin (θc)=n2 / n1.
Nësemediumi i dytë është ajri, atëherë kjo barazi thjeshtohet në formën:
sin (θc)=1 / n1.
Për shembull, këndi kritik për ujin është:
θc=harksin (1/1, 33)=48, 75o.
Nëse zhyteni në fund të pishinës dhe shikoni lart, mund të shihni qiellin dhe retë që kalojnë mbi të vetëm mbi kokën tuaj, në pjesën tjetër të sipërfaqes së ujit vetëm muret e pishinës do të duken.
Nga arsyetimi i mësipërm, është e qartë se, ndryshe nga përthyerja, reflektimi total nuk është një fenomen i kthyeshëm, ai ndodh vetëm kur lëviz nga një mjedis më i dendur në një mjedis më pak të dendur, por jo anasjelltas.
Reflektim total në natyrë dhe teknologji
Ndoshta efekti më i zakonshëm në natyrë, i cili është i pamundur pa reflektim total, është ylberi. Ngjyrat e ylberit janë rezultat i shpërndarjes së dritës së bardhë në pikat e shiut. Megjithatë, kur rrezet kalojnë brenda këtyre pikave, ato përjetojnë reflektim të brendshëm ose të vetëm ose të dyfishtë. Kjo është arsyeja pse ylberi shfaqet gjithmonë dyfish.
Fenomeni i reflektimit total të brendshëm përdoret në teknologjinë e fibrave optike. Falë fibrave optike, është e mundur të transmetohen valë elektromagnetike pa humbje në distanca të gjata.
