Mustand:Täielik sisepeegeldumine

Allikas: Vikipeedia
Jump to navigation Jump to search

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.

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 elektromagnetlained ja helilained. 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 keskkonda, millel on väiksem murdumisnäitaja . Näiteks nähtus esineb kui valgus murdub õhust klaasi, kuid mitte klaasist õhku.

Optiline seletus[muuda | muuda lähteteksti]

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 on kriitiline nurk, siis järgmised kaks võimaliku varianti kirjeldavad olukorda vastavalt langemisnurgale.

Kui , siis valguskiir murdub, osa kiirest peegeldub tagasi esialgsesse keskkonda ning osa valgusest läheb läbi. Tegemist pole täieliku sisepeegeldumisega.

Kui , siis kogu valguskiir peegeldub lahutuspinnast tagasi. Valgus läbi ei lähe. Tegemist on täieliku sisepeegeldumisega.

Kriitiline nurk[muuda | muuda lähteteksti]

Kriitiline nurk on on langemisnurk mille korral murdumisnurk on . 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 . Selles punktis enam õhku ükski kiir ei jõua. On saavutatud kriitiline nurk.

Kriitiline nurk avaldatakse Snelli seadusest:

Paigutades Snelli seadust pisut ümber saame langemisnurga:

Selleks, et avaldada kriitilist nurka tuleb leida väärtus , kui ehk . Saadud tulemus ongi kriitiline nurk , ehk:

Kui langev kiir on täpselt kriitilise nurgaga, siis peegeldunud kiir puutub keskkondade lahutuspinda. Näiteks kui nähtava valguse kiir levib akrüülist (murdumisnäitaja on 1.50) õhku (murdumisnäitaja on 1.00), siis valem annaks kriitiliseks nurgaks akrüülist õhku:

Valgus, mis langeb väiksema nurgaga kui oleks seega osaliselt läbiv, kuid kui langemisnurk lahutuspinna normaali suhtes on suurem kui kriitiline nurk, siis toimuks täielik sisepeegeldus.

Kui murd on suurem kui 1, siis pole defineeritud - täieliku sisepeegeldumist ei toimu isegi väga suurte nurkadega. Seega kriitiline nurk on ainult siis defineeritud, kui kehtib seos

Kasutusalad[muuda | muuda lähteteksti]

Täieliku sisepeegeldumine on optiliste kaablite tööpõhimõte. Optilisi kaableid kasutatakse näiteks endoskoopides ja valguskaablites (telekommunikatsioon)[1].

Täielikul sisepeegeldumisel töötavad automaatsed vihma sensorid, mis kontrollivad kojamehi sõidukitel.

Valguse ruumiline filtreerimine on samuti täieliku sisepeegeldamise tõttu võimalik[2].

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[muuda | muuda lähteteksti]

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[3]. Teemantil on tavalisest suurem murdumisnäitaja ning annab väikese kriitilise nurga, mis lubab peaaegu kogu valguse, mis siseneb teemantisse ka tagasi peegeldada. Selliselt optimiseeritakse teemanti lõikamist ning toodetakse briljante.

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Boundless (2016-05-26). "Total Internal Reflection and Fiber Optics". Boundless.
  2. 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.
  3. Total Internal Reflection: Diamonds & Fiber Optics". laser.physics.sunysb.edu. Retrieved 2017-09-04