Закон Снелля — Заломлення та ПВВ
Досліджуй, як світло заломлюється на межі двох середовищ та коли виникає повне внутрішнє відбиття.
Досліджуй, як світло заломлюється на межі двох середовищ та коли виникає повне внутрішнє відбиття.
Ця інтерактивна діаграма показує, як промінь світла заломлюється, перетинаючи межу між двома прозорими середовищами. Вона в реальному часі розв’язує закон Снелля, n₁ sinθ₁ = n₂ sinθ₂, щоб намалювати падаючий, відбитий і заломлений промені. Коли світло переходить у менш густе середовище під достатньо великим кутом, заломлений промінь зникає, і ви спостерігаєте повне внутрішнє відбиття — принцип, який утримує світло всередині оптичних волокон і змушує діаманти сяяти.
Промінь, що зустрічає горизонтальну межу між середовищем 1 (показник n₁) та середовищем 2 (показник n₂). Скрипт обчислює кут заломлення за формулою sinθ₂ = (n₁/n₂) sinθ₁; якщо це значення досягає 1, він позначає повне внутрішнє відбиття і малює затухаючу хвилю, що згасає вздовж межі, замість заломленого променя.
Перетягуйте повзунок θ₁ (0–89°), щоб задати кут падіння, або клацніть у верхній половині полотна, щоб спрямувати промінь. Використовуйте повзунки n₁ та n₂ (1.00–2.50), щоб змінити кожне середовище, або оберіть готовий приклад, як-от Повітря → Скло, Повітря → Алмаз чи Оптоволокно. Панель показує θ₂, критичний кут і відношення n₁/n₂.
Дуже високий показник заломлення алмаза, близько 2.42, дає йому критичний кут лише близько 24.4°, тож майже все світло, що потрапляє в огранований діамант, багато разів відбивається всередині, перш ніж вийти — саме тому він виглядає таким блискучим і вогнистим.
Закон Снелля пов’язує кути падіння та заломлення, коли світло проходить між двома середовищами: n₁ sinθ₁ = n₂ sinθ₂, де n₁ і n₂ — показники заломлення. Він точно вказує, наскільки промінь заломлюється: він відхиляється до нормалі при вході в густіше середовище і від неї при вході в менш густе.
Вона переводить ваш кут падіння в радіани, а потім обчислює sinθ₂ = (n₁/n₂) sinθ₁. Якщо результат менший за 1, вона бере арксинус, щоб отримати кут заломлення θ₂, і малює синій заломлений промінь. Якщо він дорівнює 1 або більший, дійсного кута не існує, тож симуляція натомість показує повне внутрішнє відбиття.
Повзунок θ₁ задає кут падіння від 0 до 89 градусів, і ви також можете клацнути у верхній половині полотна, щоб встановити його. Повзунки n₁ та n₂ змінюють показник заломлення кожного середовища в межах від 1.00 до 2.50. Кнопки готових прикладів завантажують поширені пари, як-от повітря-вода, повітря-скло або конфігурацію оптоволокна, що спричиняє відбиття.
Повне внутрішнє відбиття виникає лише тоді, коли світло переходить із густішого середовища в менш густе, тобто n₁ більший за n₂. Критичний кут визначається формулою sinθк = n₂/n₁. Щойно кут падіння перевищує це критичне значення, світло не може вийти назовні заломленим і повністю відбивається назад у перше середовище.
Геометрія променів точно відповідає закону Снелля та формулі критичного кута, тож кути правильні. Заради наочності вона спрощує фізику: вона не обчислює коефіцієнти відбиття Френеля, тож не показує, як яскравість розподіляється між відбитим і заломленим променями, а затухаюча хвиля намальована як ілюстрація, а не як кількісне поле.