Отражение и преломление света на плоской границе раздела

Луч света, достигнув плоской границы раздела 2-х сред частично отражается частично проходит, неиспытывая преломление.

так как угол падения равен углу отражения, то гомоцентричность отражения лучей сохраняется. Лучи сойдутся на расстоянии а от границы раздела(если их продолжить назад). Т.е. плоская граница создает мнимое изображение точечного источника. Если источник протяженный, то каждой точке его поверхности будет соответствовать свое изображение и изображение источника будет прямым и мнимым.

Для преломленных лучей гомоцентричноть пучка нарушается. Это связано с тем, что по закону преломления пропорциональны между собой не значения углов падения и преломления, а их синусы. Но если углы падения малы, то гомоцентричность пучков при преломлении практически сохраняется. При наблюдении из оптически более плотной среды будет казаться, что источник света находиться на расстоянии от границы раздела; а из менее оптически плотной среды кажется, что на расстоянии . Именно поэтому нам кажется, что предметы, находящиеся в воде. Как бы уменьшаются в размерах.

Из закона преломления, примененного к случаю падения луча из оптически более плотной сферы (скорость света ) следует, что угол преломления больше угла падения .

Но если угол падения удовлетворяет условию или , то угол преломления равен , т.е. преломленный луч скользит по границе раздела. Такой угол называется предельным. При дальнейшем увеличении угла падения проникновение луча вглубь второй среды прекращается и наступает полное отражение.

строгое рассмотрение вопроса с волновой точки зрения показывает, что в действительности волна проникает во вторую среду на глубину ~λ.

Полное отражение находит различные практические применения.

Так как для системы стекло-воздух то призмы позволяют изменять ход луча так, что отражение происходи почти без потерь.

Если ввести свет в тонкую стеклянную трубку с её торца, то испытывая на стенках полное отражение, луч будет следовать вдоль трубки даже при сложных её изгибах. На этом принципе работают световоды – тонкие прозрачные волокна, позволяющие проводить световой пучок по искривленному пути (волоконная оптика). Луч, вошедший в световод по углом α встретит поверхность световода по углом , где - угол преломления. Чтобы при этом возникло полное отражение надо чтобы , где n – показатель преломления световода.

Так как или , но так как , то . Пологая, что получим . Таким образом, даже при почти скользящем падении луч испытывает в световоде полное отражение если . В действительности световод набирается из тонких гибких волокон с n, окруженных оболочкой с .

Каждое волокно передает по световоду небольшой участок изображения, получающее на выходе световода.