Что «точно» происходит, когда луч падает под критическим углом?

Вопрос возник, когда мой учитель физики учил меня геометрической оптике и говорил, что явление как преломления, так и р е ф л е с т я о н происходят при изменении среды. Прежде всего, я не уверен в вышеизложенном и хотел бы немного прояснить это. И главное сомнение возникает, когда я делаю сценарий, представленный на картинке ниже:

введите описание изображения здесь

Извините за мой плохой рисунок, но, как вы видите, мой вопрос заключается в том, что произойдет, если я сделаю так, чтобы луч падал под (а) почти равным критическому углу (я ограничиваюсь я с ) и (b) точно я с . Для части (b) я увидел этот вопрос ( отражается ли свет, если он падает точно под критическим углом? ). Но приведенная выше концепция, которой учил мой сэр, немного противоречит части (а). Я дал варианты, которые должны встречаться на картинке, (а) и (б), где (а) то, что сказал мой сэр, и (б) другой вариант.

Если происходит (а), что должно происходить по моему учителю, то это противоречит принципу обратимости, а точнее здравому смыслу, так как обратный луч даже не коснется поверхности, а если происходит (б), то это противоречит тому, что я учитель научил меня.

Значит, учитель не прав? В чем заблуждение?

Ответы (3)

В общем, отражение и преломление происходят, когда свет переходит из одной среды в другую. Вы можете увидеть это, если увидите свое отражение в окне. Теперь, когда световой луч приближается к критическому углу, не только преломленный луч становится ближе к поверхности, но и количество проходящего света становится все меньше и меньше. При критическом угле преломленный луч будет проходить вдоль поверхности, но количество света равно нулю.

На приведенном ниже графике показано, сколько света отражается при различных углах падения. График справа показывает вашу ситуацию луча света, движущегося из плотной среды в более легкую среду (например, из стекла в воздух). Под критическим углом 100% света отражается, не оставляя возможности для распространения вдоль поверхности.

из http://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_equations

Итак, вы говорите, что оба варианта (а) и (б) неверны. Свет будет просто 100% отражать.
@ Rohinb97 Да, это отразится на 100%.

Позвольте мне пойти немного дальше, чем ответ @mark-h:

Поведение света на границе раздела описывается решением уравнения Гельмхотля для электромагнитного поля . Он дает отраженные и прошедшие электрические и магнитные компоненты в зависимости от показателей преломления падающей и выходящей среды.

Из этих решений мы можем получить коэффициенты пропускания и отражения Френеля (см. цифры в ответе @Mark-H) в зависимости от угла падения. Они описывают амплитуду (и фазу) отраженного и прошедшего лучей.

Есть 2 последствия, которые могут вас заинтересовать:

  1. Свет никогда не передается на 100%. Всегда есть некоторое отражение, даже когда угол падения ниже критического угла. На границе воздух-стекло около 4% света отражается при нормальном падении (просто посмотрите на свое отражение в окне).
  2. Выше критического угла это явление называется полным внутренним отражением (ПВО). 100% света отражается. Отсутствие проходящего света означает, что в выходящей среде нет жизнеспособного решения уравнения Гельмгольца для распространения. НО , есть еще поле EM, которое проходит через интерфейс. Он просто не распространяется и называется эванесцентным . Он существует всего в нескольких микронах от границы раздела и затухает экспоненциально (если вы знакомы с уравнениями в частных производных, то решение имеет мнимую постоянную распространения).

Есть и другие последствия в микроскопическом масштабе, такие как эффект Гуса-Ханхена : отраженная волна немного смещается параллельно поверхности.

Феномен затухающих волн широко используется в фотонике: волноводная связь, передача по оптоволокну, эллипсометрия и т. д. Он в основном отвечает за работу вашего микропроцессора и за то, чтобы ваш интернет достиг вашего дома :)

Хороший ответ. Я всего этого не знал. Вы прекрасно объяснили, почему все это происходит. Но у меня есть сомнения. Если существует небольшой слой электромагнитного поля (хотя и затухающий), то фактический луч, который должен преломляться под критическим углом, должен следовать варианту (а), который возвращается к моему вопросу. Хотя его интенсивность равна 0, но это должно было пройти так, и это должно было нарушить принцип обратимости. Пожалуйста, объясните и уточните это.
Спасибо! Лучше всего думать об этом так, что существует не 1 луч, а два. Один преломленный и один отраженный, и падающая энергия распределяется на них согласно коэффициенту Френеля. Как видно из графиков, коэффициент отражения стремится к 1 перед критическим углом. Просто переверните их вверх дном, и вы получите коэффициенты передачи, близкие к 0 перед критическим углом...
Я не совсем уверен, в чем разница между вашим а) и б). Но как и для любой задачи в физике, когда вы рассматриваете частный случай особой точки (где поведение не является гладким / производная не непрерывна), вы должны интерполировать из пределов. Это также никогда не происходит, поскольку это дискретное событие, и вы никогда не сможете получить 1 идеальный бесконечно тонкий, нерасходящийся луч (что это означает с точки зрения электромагнитной волны?), который попадет на идеально плоскую поверхность (гладкую нанометровую?) точно в критический угол (локальные вариации показателя преломления?)...

Если световой луч перпендикулярен поверхности, передается максимальное количество света.

Когда луч света изгибается, как в вашей части (b), часть света будет проходить (преломляться), а оставшаяся часть будет отражаться (под углом падения).

Очень близко к критическому углу θ с − г θ , аналогично, часть света будет пропускаться (преломляться почти по касательной к поверхности), а часть — отражаться. В этот момент вы можете себе представить, что большая часть света будет отражаться, и только небольшой процент света будет преломляться.

Под критическим углом θ с , хотя угол преломления касается поверхности, интенсивность на самом деле равна 0, и весь свет отражается.

За критическим углом θ с + г θ , весь свет отражается.

Аналогично, в обратном случае из-за обращения оптической плотности среды нет θ с . В θ < π 2 часть света проходит (преломляется), а часть отражается. В θ "=" π 2 весь свет отражается под углом π 2 поэтому в результате получается, что свет просто идет по прямой линии.

О каком обратном случае вы говорите? И я не говорю об угле падения π / 2 . Я не уловил последний абзац вашего ответа.
«Если световой луч перпендикулярен поверхности, передается 100% света». Это неверно. Просто посмотрите на стекло.
изменено@TylerHG
Что «точно» происходит, когда луч падает под критическим углом?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v