Úplný odraz
Obsah

Zvláštní případ nastává při lomu od kolmice, jestliže se paprsek láme pod úhlem 90⁰. Úhel, pro který tento případ nastává, se nazývá mezní úhel pro lom od kolmice \alpha _{m}.        

Zákon lomu má potom tvar:

 n_{1}sin\alpha _{m}=n_{2}

n1 – index lomu opticky hustšího prostředí

n2 – index lomu opticky řidšího prostředí

Jestliže překročíme tento úhel, potom světlo dopadající na rozhraní se pouze odráží do původního prostředí, nastává úplný neboli totální odraz. Pro odražený paprsek platí zákon odrazu.

Úplný odraz

Měřením mezního úhlu lze určit index lomu látky, kterou světlo prochází. Na tomto principu jsou založeny refraktometry – přístroje pro měření indexu lomu.

Podstatný rozdíl mezi běžným odrazem např. na vodní hladině nebo na skle, kdy se světlo dopadající na toto prostředí částečně láme a částečně se odráží (můžeme se v těchto prostředích vidět) a úplným odrazem je v tom, že intenzita odraženého světla při totálním odrazu je maximální a je rovna intenzitě světla dopadajícího (nic se neláme).

Brilianty se krásně lesknou právě z důvodu totálního odrazu, kdy se paprsky slunečního světla v diamantu odráží totálním odrazem a díky speciálně vybroušeným ploškám se toto světlo dostává ven.

Zrcadlení vozovky je způsobeno tím, že v létě je nad silnicí ohřátá vrstva vzduchu od horké vozovky, která má menší index lomu než vzduch výše položený, a na této vrstvě dochází k úplnému odrazu paprsků slunečního světla.

Záhon politý vodou se nám zdá tmavší, protože paprsky odražené od půdy procházejí prostředím voda – vzduch a na tomto rozhraní dochází k úplnému odrazu. Do oka nám potom jde menší množství světelných paprsků.

Směr chodu paprsků v odrazném hranolu můžete vidět na následujících obrázcích:

 

   obrazek

obrazek

Obr. 1: Odrazný hranol

V triedrech se k převracení obrazu používají totálně odrazné hranoly, kterými se i v jiných případech nahrazují soustavy rovinných zrcadel.

Na úplném odrazu světla jsou založeny vláknové vlnovody (světlovody), které se využívají v optoelektronice, ve sdělovací technice i v lékařství. Základem vláknového vlnovodu je vlákno, jehož jádro – vnitřní část má větší index lomu n1 než plášť –obvodová vrstva s indexem lomu n2. Světelný paprsek se na obvodové vrstvě odráží totálním odrazem a světlo se šíří po trajektorii dané tvarem vlákna.

obrazek

 

 

 

 

 

 

Obr. 2: Vláknový vlnovod

Ukázka úplného odrazu laserového paprsku:

 

obrazek

Obr. 3: Úplný odraz lza paužití laserového paprseku

Podívejte se:

http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika&xser=4f7074696b61h&key=697

Stručně si učivo týkající se odrazu a lomu světla můžete zopakovat na:

http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika&xser=8aedf8656eed207376ec746c61h&key=696

 

Zdroje

  • BARTUŠKA, Karel a Zdeněk KUPKA. Sbírka řešených úloh z fyziky pro střední školy: Sbírka úloh pro střední školy. 1. vyd. Praha: Prometheus, 2000, 198 s. Učebnice pro střední školy (Prometheus). ISBN 80-719-6037-3.

  • LEPIL, Oldřich a Zdeněk KUPKA. Fyzika pro gymnázia: optika. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1993, 167 s. ISBN 80-042-6092-6.

  • LEPIL, Oldřich a Zdeněk KUPKA. Fyzika: Sbírka úloh pro střední školy. 1. vyd. Praha: Prometheus, 1995, 269 s. Učebnice pro střední školy (Státní pedagogické nakladatelství). ISBN 80-719-6048-9.

  • NAHODIL, Josef a Zdeněk KUPKA. Fyzika v běžném životě: učebnice pro základní školy a víceletá gymnázia. 2., rozš. vyd. Praha: Prometheus, 2004, 206 s. Učebnice pro střední školy (Prometheus). ISBN 80-719-6278-3.

  • SVOBODA, Emanuel. Přehled středoškolské fyziky. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1991, 588 s. ISBN 80-042-2435-0.

  • ŠKVAŘIL, Luděk. Reálný fyzikální experiment II. - elektřina, magnetismus, optika. In: Učme fyziku jinak: Modul 2, reg. č. CZ.1.07/1.3.13/02.0006 [online]. 2012 [cit. 2014-11-27]. Dostupné z:http://fyzika.gjwprostejov.cz/uploads/modul_2.pdf 

Obrázky

  • RNDr. Hana Kupková, Mgr. Jaroslav Petr

Přílohy

  • p_odrazne_hranoly

  • pr_1-4

Pokus

Název pokusu: Úplný odraz světla

Cíl pokusu: ukázka úplného odrazu světla na akrylátovém půlválci, ukázka chodu světla světelným vláknem

Určeno pro: 2. stupeň základní školy, nižší a vyšší stupeň gymnázia

Pomůcky: světelný zdroj se žárovkou 12 V/20 W, zdroj napětí 12 V, spojovací vodiče, magnetická tabule, magnetický Hartlův optický kotouč, půlválec z akrylového skla (plexiskla), clona s jednou štěrbinou, model skleněného vlákna, skleněné vlákno

Časová náročnost na přípravu pokusu: 10 minut

Délka trvání pokusu: 10 minut

Světlo ze zdroje prochází štěrbinou a dopadá kolmo na půlválec z akrylového skla (neláme se tedy). Dopad světla ze skla do vzduchu je pod úhlem větším, než je mezní úhel. Proto dochází k úplnému odrazu. To se znovu několikrát opakuje a paprsek vyletí opačným směrem, než v jakém do půlválce vstoupil.

 

Světlo ze zdroje prochází štěrbinou a dopadá kolmo na půlválec z akrylového skla (neláme se tedy). Dopad světla ze skla do vzduchu je pod úhlem 45° (větší než mezní úhel). Proto dochází k úplnému odrazu. To se ještě jednou opakuje a paprsek vyletí opačným směrem, než v jakém do půlválce vstoupil.

 

Průchod světla skleněným vláknem.

Pokus

Odrazné hranoly

Vypočítej

1. Pod jakým úhlem dopadá paprsek na sklo o indexu lomu 1,7, jestliže úhel lomu se rovná polovině úhlu dopadu? (Použijte vzorec pro sinus dvojnásobného úhlu a aplikujte ho na α).

(α = 63⁰ 30‘)

2. Index lomu skla pro červené světlo je 1,510 a pro fialové světlo 1,531. Jaký úhel svírá lomený červený a fialový paprsek, jestliže paprsek bílého světla dopadá ze vzduchu na povrch skla  pod úhlem 60°?

(Δ = 0⁰ 33‘)

3. Lomený a odražený paprsek jsou navzájem kolmé, přičemž úhel dopadu je 53⁰. Určete index lomu látky, jestliže světlo dopadá na rozhraní ze vzduchu.

(n = 1,33)

4. Světelný paprsek prochází metylalkoholem a dopadá na rozhraní se vzduchem  pod úhlem  45°. Dojde k úplnému odrazu? Index lomu etylalkoholu je 1,329.

(Mezní úhel je 48⁰ 48‘, tudíž k úplnému odrazu nedojde.)

 

Řešený příklad

Příklady č. 1-4