TwiddleLab / Физика / Свет и зрение

Полное внутреннее отражение: свет в трубе

Урок 4 из 10 · 7 мин · Бесплатно, без аккаунта

Что ты узнаешь

• Из стекла или воды в сторону воздуха луч отклоняется от нормали. После предельного угла (около 42° для стекла, 49° для воды) свет не выходит: полное внутреннее отражение.
• Это бывает, только когда свет идёт в вещество с меньшим n.
• Оптоволокно удерживает свет полным внутренним отражением, поэтому свет следует за плавными изгибами. Слишком резкий изгиб, и свет утекает.

Начать урок

Как идёт урок

1. Твой интернет, скорее всего, идёт светом по стеклу тоньше волоса. Как свет следует за изогнутым кабелем?

2. Свет внутри стекла идёт наружу в воздух. Увеличивай угол.

   Лазер светит изнутри стеклянного полудиска в середину его плоской грани.

3. Теперь стеклянное волокно за угол. Насколько крутым может быть изгиб?

4. Полное внутреннее отражение.

   Из стекла или воды в сторону воздуха луч отклоняется от нормали, поэтому угол в воздухе растёт быстрее.

   Предельный угол это угол в стекле, при котором луч идёт вдоль поверхности: около 42° для стекла, 49° для воды.

   После него свет не выходит: полное внутреннее отражение. Это бывает, только когда свет идёт в вещество с меньшим n.

   Так свет удерживает оптоволокно. Упрощение: настоящие волокна толщиной около 0,1 мм, со стеклянной сердцевиной внутри стеклянной оболочки с чуть меньшим n.

5. Игра: оптоволоконная трасса. Соедини дом с сервером.

   Проложи кабель в обход стен и потеряй меньше 20 % света.

6. Где свет может оказаться в ловушке?

   Свет идёт из первого вещества во второе.

   Для полного внутреннего отражения угол выхода должен дойти до 90° раньше угла падения. Так бывает, только когда луч отклоняется от нормали, то есть идёт в вещество, где свет быстрее: с меньшим n.

7. Код: волокна передают биты вспышками света.

   Горит это 1, не горит это 0. Собери байт для буквы H.

   Каждая лампа это один бит со значением 128, 64, 32, 16, 8, 4, 2 или 1. Буква H в таблице ASCII имеет номер 72, а 72 = 64 + 8, поэтому байт 01001000. Как следует биты и буквы разберём в треке «Код».

8. Какие лучи остаются внутри стекла?

   Для стекла (n = 1.5) предельный угол около 42°: при нём луч в воздухе шёл бы под 90°. При любом большем угле в стекле выхода нет, и свет полностью отражается обратно.

9. Отправь своё письмо по своему кабелю.

Предыдущий урок: Преломление: свет изгибается · Следующий урок: Линзы строят изображения · Часть курса: Свет и зрение

Уроки интерактивные и работают на JavaScript. Включи его, чтобы играть.