.
Ολική ανάκλαση ή ολική εσωτερική ανάκλαση, ονομάζεται το φαινόμενο κατά το οποίο ένα διαδιδόμενο κύμα ανακλάται κατά 100% προσπίπτοντας σε επιφάνεια που χωρίζει δύο διαφανή οπτικά μέσα. Βασική συνθήκη για να παρατηρηθεί η ολική ανάκλαση είναι να έχουμε διάδοση από ένα μέσο σε ένα άλλο με μικρότερο δείκτη διάθλασης καθώς η γωνία πρόπτωσης, μετρούμενη από μία κάθετη στην επιφάνεια, να είναι μεγαλύτερη από την οριακή γωνία. Το παραπάνω φαινόμενο εκτός από την οπτική περιοχή, παρατηρείται σε όλα τα ηλεκτρομαγνητικά αλλά ακόμη και στα ηχητικά κύματα.
Οπτική περιγραφή
Κατά την διάδοση του φωτός από ένα οπτικά πυκνό μέσο με δείκτη διάθλασης \( n _{i} \) σε ένα οπτικά αραιό με με δείκτη διάθλασης \( n _{t} (n _{i}>n _{t}) \), η γωνία διάθλασης \( \theta _{t} \) είναι σύμφωνα με τον νόμο του Σνέλ μεγαλύτερη από την γωνία πρόσπτωσης \( \theta _{i} \). Όταν η γωνία πρόσπτωσης αποκτήσει την οριακή ή κρίσιμη τιμή \theta _{c}, η διαθλώμενη ακτίνα διαδίδεται παράλληλα προς την διαχωριστική επιφάνεια, δηλαδή \( \theta _{t}=90^{\circ}| \). Για γωνίες πρόσπτωσης μεγαλύτερες της κρίσιμης \( \theta_{i}>\theta _{c} \) έχουμε το φαινόμενο της ολικής ανάκλασης όπου όλη η ενέργεια ανακλάται από την διαχωριστική επιφάνεια.
Αν \( \theta < \theta_c \), ένα μέρος της ενέργειας ανακλάται και ένα μέρος διαθλάται.
Αν \( \theta >\theta_c \), όλη η ενέργεια ανακλάται. Αυτό ονομάζεται ολική εσωτερική ανάκλαση.
Στην παρακάτω εικόνα απεικονίζεται το παραπάνω φαινόμενο για αυξανόμενες γωνίες πρόσπτωσης.
Ανάκλαση και διάθλαση από ένα οπτικά πυκνό σε ένα τοπικά αραιό μέσο. Για γωνίες πρόσπτωσης μεγαλύτερες από την οριακή γωνία έχουμε ολική ανάκλαση
Η οριακή γωνία μπορεί να υπολογιστεί από το νόμο του Snell, λύνοντας ως πρός την γωνία πρόσπτωσης \( \theta _{i} \):
\( sin{\theta _i}=\frac{n_2}{n_1}sin{\theta _t} \)
Για να βρούμε την κρίσιμη γωνία, θα υπολογίσουμε την γωνία \( \theta _i \) όταν \( \theta _t=90^{\circ} \), δηλαδή \( sin{\theta _t}=1 \)
Η τιμή της \( \theta_i \) που βρίσκουμε με αυτούς τους υπολογισμούς είναι η οριακή γωνία \theta_c.
Ολική εσωτερική ανάκλαση σε ένα ημικυκλικό ακρυλικό.
Η ολική εσωτερική ανάκλαση μπορεί να παρατηρηθεί χρησιμοποιώντας ένα ημικυκλικό κομμάτι από γυαλί ή πλαστικό. Μια στενή δέσμη φωτός προσπίπτει πάνω στο γυαλί. Το ημικυκλικό σχήμα εξασφαλίζει ότι μια ακτίνα που κατευθύνεται στο κέντρο της κατασκευής δεν θα διαθλαστεί στην κύρτη διεπιφάνεια αέρα/γυαλιού λόγω της κάθετης πρόσπτωσης.
Το φαινόμενο της ολικής ανάκλασης βρίσκει εφαρμογή στις οπτικές ίνες και στα πρισματικά κάτοπτρα. Σε αυτό το φαινόμενο οφείλεται η ξεχωριστή λάμψη των διαμάντιων την καθώς το διαμάντι έχει έναν ασυνήθιστα υψηλό δείκτη διάθλασης άρα και μικρή οριακή γωνία.
Μειωμένη ολική εσωτερική ανάκλαση
Όταν ένα ποτήρι νερό συγκρατείται σταθερά, τα δακτυλίκα αποτυπώματα γίνονται ορατά λόγω της συμπιεσμένης ολίκης εσωτερικής ανάκλασης.[1]
Κάτω από ’’κανονικές συνθήκες’’, το αποσβενυόμενο κύμα δεν μεταδίδει ενέργεια στο δεύτερο μέσο (οπτικά αραιό μέσο). Ωστόσο, η παρουσία ενός επιπλέον μέσου ή σωματιδίου σε απόσταση συγκρίσιμη με το μήκος κύματος από την διεπιφάνεια διαταράσει το αποσβενυόμενο κύμα και επιτρέπει την μεταφορά ενέργειας. Αυτή η διαδικασία καλείται μειωμένη εσωτερική ολική ανάκλαση και είναι παρόμοια με το φαινόμενο της σήραγγας στην κβαντική μηχανική. Η αναλογία γίνεται κατανοητή αντιστοιχώντας το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο με την κυματοσυνάρτηση ενός σωματιδίου και οπτικά αραιό μέσο το φράγμα δυναμικού, μέσω του οποίου τα σωματίδια μπορούν να διέλθουν.
Ο συντελεστής διαπερατότητας για τη μειωμένη ολική εσωτερική ανάκλαση, εξαρτάται ισχυρά από την απόσταση μεταξύ του τρίτου και του δεύτερου μέσου.
Παραδείγματα στην καθημερινή ζωή
Συνολική εσωτερική αντανάκλαση μπορεί να δει κανείς στο όριο αέρα-νερού.
Η ολική εσωτερική ανάκλαση μπορεί να παρατηρηθεί ενώ κολυμπάμε, όταν κάποιος ανοίγει τα μάτια του ακριβώς κάτω από την επιφάνεια του νερού κοιτάζοντας πρός τα πάνω. Αν το νερό είναι ήρεμο, η επιφάνειά του φαίνεται σαν ένας καθρέφτης μέσω του οποίου μπορούμε να παρατηρήσουμε τον βυθό.
Ένα άλλο παράδειγμα ολικής ανάκλασης είναι η μεταλική λάμψη που παρατηρούμε στις φυσαλίδες σε ένα αναψυκτικό στην μπύρα. Εξαιτίας της ολικής ανάκλασης (εξωτερικά υγρό με μεγαλύτερο δείκτη διάθλασης από το αέριο στο εσωτερικό) οι φυσαλίδες συμπεριφέρονται ως τέλεια σφαιρικά κάτοπτρα.
Ένα ακόμη κοινό παράδειγμα η λαμπερή εμφάνιση του διαμαντιού. Το κόψιμο του διαμαντιού είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε το ολικά ανακλώμενο φως να του δίνει τη μέγιστη λάμψη και στιλπνότητα.
Παραπομπές
Ehrlich, Robert (1997). Why toast lands jelly-side down: zen and the art of physics demonstrations. Princeton, New Jersey, USA: Princeton University Press, σελ. 182. ISBN 0-691-02891-5. Ανακτήθηκε στις 9 February 2012.
Εξωτερικοί Σύνδεσμοι
FTIR Touch Sensing
Multi-Touch Interaction Research
Georgia State University
Total Internal Reflection by Michael Schreiber, Wolfram Demonstrations Project
Total Internal Reflection – St. Mary's Physics Online Notes
Bowley, Roger (2009). «Total Internal Reflection». Sixty Symbols. Brady Haran for the University of Nottingham.
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Total internal reflection της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).
Hellenica World - Scientific Library
Από τη ελληνική Βικιπαίδεια http://el.wikipedia.org . Όλα τα κείμενα είναι διαθέσιμα υπό την GNU Free Documentation License
