Całkowite wewnętrzne odbicie w bloku pleksi

Całkowite wewnętrzne odbicie

Całkowite wewnętrzne odbicie – zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla światła) i występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu. Zjawisko odkryli około 1840 roku niezależnie od siebie Jacques Babinet i Jean-Daniel Colladon.

α_gr – kąt graniczny
P – promień padający pod kątem α_gr,
Z – promień załamany pod kątem β = 90°,
N – normalna padania

Światło padające na granicę ośrodków ${\displaystyle O_{1}}$ i ${\displaystyle O_{2}}$ pod kątem mniejszym od granicznego zostaje częściowo odbite, a częściowo przechodzi do drugiego ośrodka (jest załamane). Jeżeli ${\displaystyle n_{1}}$ to współczynnik załamania ośrodka ${\displaystyle O_{1},}$ a ${\displaystyle n_{2}}$ współczynnik załamania ośrodka ${\displaystyle O_{2}}$ i ${\displaystyle n_{1}>n_{2}}$ wtedy kąt padania ${\displaystyle \alpha }$ jest mniejszy niż kąt załamania ${\displaystyle \beta .}$ Przy pewnym kącie padania ${\displaystyle \alpha _{gr},}$ zwanym kątem granicznym, kąt załamania ${\displaystyle \beta }$ jest równy 90º. Dla kątów padania większych niż ${\displaystyle \alpha _{gr}}$ (zakreskowany zakres kątów na ilustracji) światło przestaje przechodzić przez granicę ośrodków i ulega całkowitemu odbiciu wewnętrznemu.

Na mocy prawa załamania:

${\displaystyle {\frac {\sin \alpha }{\sin \beta }}={\frac {n_{2}}{n_{1}}},}$

jeśli ${\displaystyle \beta =90^{\circ },}$ to ${\displaystyle \sin \beta =1,}$ dlatego wartość kąta granicznego, ${\displaystyle \alpha _{gr}{:}}$

${\displaystyle \alpha _{gr}=\arcsin \left({\frac {n_{2}}{n_{1}}}\right).}$

Zjawisko to jest wykorzystywane w pryzmatach oraz światłowodach. Jest także przyczyną powstawania refleksów w oszlifowanym diamencie (brylancie).