Erinevus lehekülje "Täielik sisepeegeldus" redaktsioonide vahel

Mine navigeerimisribale Mine otsikasti
algus varasemast redaktsioonist
P (Pikne teisaldas lehekülje Mustand:Täielik sisepeegeldumine ümbersuunamise Täielik sisepeegeldus asemele ümbersuunamist maha jätmata)
(algus varasemast redaktsioonist)
[[Pilt:Interne Reflexion (Schema).svg|pisi|400px| Valguskiirte peegeldumine ja [[valguse murdumine|murdumine]] [[optika|optiliselt]] tihedamast keskkonnast (n<sub>1</sub>) hõredamasse keskkonda (n<sub>2</sub>). <br> *Kui valguskiire langemisnurk θ<sub>3</sub> on suurem kui [[täieliku peegeldumise piirnurk]] θ<sub>c</sub>, leiab aset täielik peegeldumine (punased kiired). <br> *Kui valguskiire langemisnurk on täieliku peegeldumise piirnurgaga võrdne, kulgeb kiir küll piki keskkondade lahutuspinda (murdumisnurk θ<sub>2</sub> 90°), kuid peegeldub siiski täielikult (kollased kiired). <br> *Piirnurgast väiksema nurga θ<sub>1</sub> all langev valgus osaliselt murdub ja osaliselt peegeldub (joonisel pole peegelduvat osa näidatud)]]
Täielik sisepeegeldumine on [[fenomen]], mis esineb kui leviv laine jõuab teise keskkonna piirile suurema nurga all kui on vastava keskkonna kriitiline nurk keskkondade lahutuspinna normaali järgi.
 
'''Täielik sisepeegeldus''' (lühemalt ''täielik peegeldus'') on [[valgus]]e [[peegeldumine]] kahe läbipaistva keskkonna lahutuspinnal, kui valguskiir kulgeb optiliselt tihedamast keskkonnast hõredamasse keskkonda (näiteks veest või klaasist õhku) ja seejuures on valguskiire langemisnurk suurem kui [[täieliku peegeldumise piirnurk]] või sellega võrdne.
Kui laine [[murdumisnäitaja]] on madalam teisel pool lahutuspinda ja langemisnurk on suurem kriitilisest nurgast, siis laine ei pääse läbi ning on täielikult peegeldunud. Kriitiline nurgast suurema langemisnurgaga kiired läbivad täieliku sisepeegelduse. See on väga tavaline nähtus optikas, kus see on valguslainetega seotud, kuid nähtus esineb ka teistes lainetüüpides nagu [[elektromagnetlaine]]d ja [[helilaine]]d. Kui laine jõuab keskkondade lahutuspinnale, millel on erinevad murdumisnäitajad, siis [[laine]] tavaliselt osaliselt murdub ning osaliselt peegeldub tagasi. Kui aga langemisnurk on suurem (laine liikumissuund on peaaegu paralleelne keskkondade lahutuspinnaga) kriitilisest nurgast, siis kogu laine peegeldub täielikult tagasi. See saab siiski toimuda vaid siis kui laine levib keskkonnast, millel on suurem murdumisnäitaja <math>\mathbf{n_1}</math> keskkonda, millel on väiksem murdumisnäitaja <math>\mathbf{n_2}</math>. Näiteks nähtus esineb kui valgus murdub õhust klaasi, kuid mitte klaasist õhku.
 
Kui laine [[murdumisnäitaja]] on madalam teisel pool lahutuspinda ja langemisnurk on suurem kriitilisest nurgastpiirnurgast, siis laine ei pääse läbi ning on täielikult peegeldunud. Kriitiline nurgastPiirnurgast suurema langemisnurgaga kiired läbivad täieliku sisepeegelduse. See on väga tavaline nähtus optikas, kus see on valguslainetega seotud, kuid nähtus esineb ka teistes lainetüüpides nagu [[elektromagnetlaine]]d ja [[helilaine]]d. Kui laine jõuab keskkondade lahutuspinnale, millel on erinevad murdumisnäitajad, siis [[laine]] tavaliselt osaliselt murdub ning osaliselt peegeldub tagasi. Kui aga langemisnurk on suurem (laine liikumissuund on peaaegu paralleelne keskkondade lahutuspinnaga) kriitilisest nurgastpiirnurgast, siis kogu laine peegeldub täielikult tagasi. See saab siiski toimuda vaid siis kui laine levib keskkonnast, millel on suurem murdumisnäitaja <math>\mathbf{n_1}</math> keskkonda, millel on väiksem murdumisnäitaja <math>\mathbf{n_2}</math>. Näiteks nähtus esineb kui valgus murdub õhust klaasi, kuid mitte klaasist õhku.
==Optiline seletus==
 
== Optiline seletus ==
Täieliku sisepeegeldumist ning kriitilise nurga asukohta on kõige lihtsam näidata klaasist või plastikust paksu poolringiga. Laseriga suunatakse kitsas valguskiir täisnurga all klaasi pinnale. Klaasi/õhu lahutuspinnal toimuvad muutused on seotud klaastüki nurgaga kiire suhtes. Kui <math>\theta_c</math> on kriitiline nurk, siis järgmised kaks võimaliku varianti kirjeldavad olukorda vastavalt langemisnurgale.
 
Täieliku sisepeegeldumist ning kriitilise nurgapiirnurga asukohta on kõige lihtsam näidata klaasist või plastikust paksu poolringiga. Laseriga suunatakse kitsas valguskiir täisnurga all klaasi pinnale. Klaasi/õhu lahutuspinnal toimuvad muutused on seotud klaastüki nurgaga kiire suhtes. Kui <math>\theta_c</math> on kriitiline nurkpiirnurk, siis järgmised kaks võimaliku varianti kirjeldavad olukorda vastavalt langemisnurgale.
 
Kui <math>\theta \leq \theta_c</math>, siis valguskiir murdub, osa kiirest peegeldub tagasi esialgsesse keskkonda ning osa valgusest läheb läbi. Tegemist pole täieliku sisepeegeldumisega.
Kui <math>\theta > \theta_c</math>, siis kogu valguskiir peegeldub lahutuspinnast tagasi. Valgus läbi ei lähe. Tegemist on täieliku sisepeegeldumisega.
 
==Kriitiline nurkPiirnurk ==
 
Kriitiline nurkPiirnurk on on langemisnurk mille korral murdumisnurk on <math>90^{\circ}</math>. Langemisnurka mõõdetakse lahutuspinna normaalist (vaata joonist 1). Olgu valguskiir liikumas klaasist õhku. Valgus, mis väljub kahe keskkonna piirpinnalt on murdunud klaasi poole.
Kui langemisnurka piisavalt tõsta, siis ühel hetkel läbiv nurk (õhus) on <math>90^{\circ}</math>. Selles punktis enam õhku ükski kiir ei jõua. On saavutatud kriitiline nurkpiirnurk.
 
Kriitiline nurkPiirnurk <math>\theta_c</math> avaldatakse [[Snelli seadus]]est:
 
<math> n_1 \sin \theta_i = n_2 \sin \theta_t </math>
<math>\sin \theta_i = \frac{n_2}{n_1} \sin \theta_t</math>
 
Selleks, et avaldada kriitilist nurkapiirnurka tuleb leida väärtus <math>\theta_i</math>, kui <math>\theta_t = 90^{\circ}</math> ehk <math>\sin \theta_t = 1</math> . Saadud tulemus ongi kriitiline nurkpiirnurk <math>\theta_c</math>, ehk:
 
<math>\theta_c = \theta_i = \arcsin \bigg( \frac{n_2}{n_1} \bigg )</math>
 
Kui langev kiir on täpselt kriitilise nurgagapiirnurgaga, siis peegeldunud kiir puutub keskkondade lahutuspinda. Näiteks kui nähtava valguse kiir levib [[akrüül]]ist (murdumisnäitaja on 1.50) õhku (murdumisnäitaja on 1.00), siis valem annaks kriitiliseks nurgakspiirnurgaks akrüülist õhku:
 
<math>\theta_c = \arcsin \bigg ( \frac{1.00}{1.50} \bigg ) = 41.8^{\circ}</math>
 
[[Valgus]], mis langeb väiksema nurgaga kui <math>41.,8^{\circ}</math> oleks seega osaliselt läbiv, kuid kui langemisnurk lahutuspinna normaali suhtes on suurem kui kriitiline nurkpiirnurk, siis toimuks täielik sisepeegeldus.
 
Kui murd <math>n_2 / n_1</math> on suurem kui 1, siis <math>\arcsin</math> pole defineeritud - täieliku sisepeegeldumist ei toimu isegi väga suurte nurkadega. Seega kriitiline nurkpiirnurk on ainult siis defineeritud, kui kehtib seos <math>n_2 / n_1 \leq 1</math>
 
== Kasutusalad ==
 
Täieliku sisepeegeldumine on optiliste kaablite tööpõhimõte. Optilisi kaableid kasutatakse näiteks [[endoskoop]]ides ja valguskaablites (telekommunikatsioon)<ref>Boundless (2016-05-26). "Total Internal Reflection and Fiber Optics". Boundless.</ref>.
Täielikul sisepeegeldumisel töötavad automaatsed vihma sensorid, mis kontrollivad kojamehi sõidukitel.
 
Valguse ruumiline filtreerimine on samuti täieliku sisepeegeldamise tõttu võimalik.<ref>Moreno, Ivan; J. Jesus Araiza; Maximino Avendano-Alejo (2005). "Thin-film spatial filters" (PDF). Optics Letters. 30 (8): 914–916. Bibcode:2005OptL...30..914M. doi:10.1364/OL.30.000914. PMID 15865397.</ref>.
 
Binoklites olevad prismad kasutavad peegelduvate katete asemel just täieliku sisepeegeldust selleks, et murda optilisi teekondi ning näidata püstist pilti.
Optilised sõrmejäljelugejad kasutavad täieliku sisepeegeldumist, et salvestada digitaalselt inimese sõrmejälg ning seda ilma tinti kasutamata.
 
== Näiteid igapäevaelust ==
 
Täieliku sisepeegeldust on hästi näha õhu ja vee piiril. Kui rahulikus veekogus ujudes avada veepiiri all silmad, siis altpoolt vaadates on kogu veepind justkui peegel. Seda välja arvatud ujuja pea kohal nn. Snelli aknas).
 
[[Teemant]], mida kasutatakse ehetes on tihtipeale selliselt lihvitud, et püüda võimalikult palju valgust selliselt, et tekiks täielik sisepeegeldus just teemanti tagaküljel<ref>Total Internal Reflection: Diamonds & Fiber Optics". laser.physics.sunysb.edu. Retrieved 2017-09-04</ref>. Teemantil on tavalisest suurem [[murdumisnäitaja]] ning annab väikese kriitilise nurgapiirnurga, mis lubab peaaegu kogu valguse, mis siseneb teemantisse ka tagasi peegeldada. Selliselt optimiseeritakse teemanti lõikamist ning toodetakse briljante.
 
== Viited ==
{{viited}}
 
== Välislingid ==
* [http://fyysika3.weebly.com/37-valguse-taumlielik-sisepeegeldumine.html Valguse täielik sisepeegeldumine]
 
[[Kategooria:Optika]]
==Viited==

Navigeerimismenüü