Günlük hayatta herkesin karşılaştığı tipik ışık efektleri yansıma ve kırılmadır. Bu yazımızda her iki etkinin de aynı süreç içerisinde kendini gösterdiği durumu ele alacağız, içsel toplam yansıma olgusundan bahsedeceğiz.
Işık yansıması
Işığın içsel toplam yansıması olgusunu düşünmeden önce, sıradan yansıma ve kırılmanın etkilerini öğrenmelisiniz. İlkiyle başlayalım. Basitlik için, bu fenomenler herhangi bir doğa dalgasının karakteristiği olmasına rağmen, yalnızca ışığı ele alacağız.
Yansıma, bir ışık ışınının hareket ettiği bir doğrusal yörüngenin, yolda bir engelle karşılaştığında başka bir doğrusal yörüngeye doğru değişmesi olarak anlaşılır. Bu etki, lazer işaretçiyi aynaya doğrulttuğunuzda gözlemlenebilir. Su yüzeyine bakıldığında gökyüzünün ve ağaçların görüntülerinin ortaya çıkması da güneş ışığının yansımasının bir sonucudur.
Yansıma için şu yasa geçerlidir: açılargeliş ve yansıma, yansıtıcı yüzeye dik olanla birlikte aynı düzlemde bulunur ve birbirine eşittir.
Işığın kırılması
Kırılmanın etkisi yansımaya benzer, ancak ışık demetinin yolundaki engel başka bir saydam ortam ise oluşur. Bu durumda, ilk ışının bir kısmı yüzeyden yansır ve bir kısmı ikinci ortama geçer. Bu son kısma kırılan ışın denir ve ara yüzeye dik ile yaptığı açıya kırılma açısı denir. Kırılan ışın, yansıyan ve gelen ışınla aynı düzlemde bulunur.
Güçlü kırılma örnekleri, bir bardak suda bir kalemin kırılması veya bir kişi aşağıya baktığında bir gölün aldatıcı derinliğidir.
Matematiksel olarak, bu fenomen Snell yasası kullanılarak açıklanır. Karşılık gelen formül şöyle görünür:
1 günah (θ1)=n2 günah (θ 2).
Burada gelme ve kırılma açıları sırasıyla θ1 ve θ2 olarak gösterilir. n1, n2 miktarları her bir ortamdaki ışığın hızını yansıtır. Bunlara ortamın kırılma indisleri denir. n ne kadar büyük olursa, ışık belirli bir malzemede o kadar yavaş hareket eder. Örneğin, suda ışığın hızı havadakinden %25 daha azdır, bu nedenle onun için kırılma indisi 1.33'tür (hava için 1'dir).
Toplam iç yansıma olgusu
Işığın kırılma yasası bire yol açarIşın büyük n'li bir ortamdan yayıldığında ilginç bir sonuç. Bu durumda kirişe ne olacağını daha ayrıntılı olarak ele alalım. Snell'in formülünü yazalım:
1 günah (θ1)=n2 günah (θ 2).
n1>n2 olduğunu varsayacağız. Bu durumda eşitliğin doğru kalması için θ1, θ2 değerinden küçük olmalıdır. Bu sonuç her zaman geçerlidir, çünkü sadece sinüs fonksiyonunun sürekli arttığı 0o ile 90o arasındaki açılar dikkate alınır. Bu nedenle, daha yoğun bir optik ortamı daha az yoğun olana bırakırken (n1>n2), ışın normalden daha fazla sapar.
Şimdi θ1 açısını artıralım. Sonuç olarak, θ2'nin 90o'a eşit olacağı an gelecek. Şaşırtıcı bir olay meydana gelir: daha yoğun bir ortamdan yayılan bir ışın içinde kalır, yani iki şeffaf malzeme arasındaki arayüz opak hale gelir.
Kritik açı
θ
2=90o olarak adlandırılan θ1 açısı düşünülen medya çifti için kritiktir. Arayüze kritik açıdan daha büyük bir açıyla çarpan herhangi bir ışın, birinci ortama tamamen yansır. Kritik açı θc için Snell'in formülünü doğrudan takip eden bir ifade yazılabilir:
sin (θc)=n2 / n1.
Eğerikinci ortam havadır, o zaman bu eşitlik şu şekilde sadeleştirilir:
sin (θc)=1 / n1.
Örneğin, su için kritik açı:
θc=arcsin (1 / 1, 33)=48, 75o.
Havuzun dibine dalarsanız ve yukarıya bakarsanız, gökyüzünün ve bulutların sadece başınızın üzerinde geçtiğini görebilirsiniz, su yüzeyinin geri kalanında sadece havuzun duvarları görünür olacaktır..
Yukarıdaki akıl yürütmeden, kırılmanın aksine, toplam yansımanın tersine çevrilebilir bir fenomen olmadığı, yalnızca daha yoğun bir ortamdan daha az yoğun bir ortama geçerken meydana geldiği, ancak bunun tersi olmadığı açıktır.
Doğada ve teknolojide tam yansıma
Belki de doğada tam yansıma olmadan imkansız olan en yaygın etki gökkuşağıdır. Gökkuşağının renkleri, beyaz ışığın yağmur damlaları içinde dağılmasının bir sonucudur. Ancak ışınlar bu damlacıkların içinden geçtiğinde ya tekli ya da çiftli iç yansıma yaşarlar. Bu yüzden gökkuşağı her zaman çift görünür.
İç toplam yansıma fenomeni, fiber optik teknolojisinde kullanılır. Optik fiberler sayesinde elektromanyetik dalgaları uzun mesafelerde kayıpsız iletmek mümkündür.
