Отражение и преломление света. Полное внутреннее отражение. Волоконная оптика, ее применение в медицине.

Закон отражения света. Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения; угол отражения равен углу падения.

Если луч света падает на плоскую отражающую поверхность, то нормаль – это перпендикуляр к отражающей поверхности (рис. 1)

Рисунок 1

Если луч падает на изогнутую поверхность, то нормаль – это продолжение радиуса, проведенного из центра кривизны в точку падения (или – перпендикуляр к касательной плоскости); см. рис.2.

Рисунок 2

Мы видим большинство предметов окружающего мира благодаря световым лучам, отраженным от их поверхностей. Реже приходится иметь дело с предметами, которые сами являются источниками света.

Очень часто отражающие поверхности имеют мелкомасштабные неровности. Например, на листе бумаги. Поэтому свет, падающий на лист бумаги, отражается в самых разнообразных направлениях, и лист бумаги виден с разных направлений. Закон преломления света. Этот закон выполняется в тех случаях, когда свет проходит из одной прозрачной среды в другую, и состоит в следующем: преломленный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения. Закон преломления света имеет убедительное обоснование в волновой теории света. При переходе луча из одной среды в другую меняется скорость света, что приводит к повороту фронта световой волны и, соответственно, к резкому изменению направления световых лучей как перпендикуляров к фронту волны. При этом относительный показатель преломления оказывается равным отношению скорости света в этих средах, взятых по ходу луча:

Получается, что этот показатель зависит не только от свойств преломляющего вещества, но так же и от того, из какой среды пришел падающий луч.

В качестве стандартной среды сравнения, из которой приходит падающий луч, был принят вакуум, в котором скорость любых электромагнитных волн одинакова и равна с = 3×10⁸ м/с

Абсолютный показатель преломления вещества равен отношению скорости света в вакууме к скорости света в этом веществе:

Среда с бóльшим абсолютным показателем преломления называется оптически более плотной. При прохождении луча из оптически более плотной среды в менее плотную угол преломления оказывается больше, чем угол падения. В этих условиях, увеличивая угол падения, мы придем к тому, что рано или поздно угол преломления окажется равным 90⁰: преломленный луч будет скользить по поверхности раздела двух сред, а при дальнейнешем увеличении угла – отражаться. Это явление полного внутреннего отражения. Оно лежит в основе волоконной оптики. Волоконная оптика — раздел оптики, который изучает физические явления, возникающие и протекающие в оптических волокнах. Опти́ческое волокно́ — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Жёсткие прямые или заранее изогнутые одножильные световоды и жгуты из волокон диаметром 15—50 мкм применяют в медицинских приборах для освещения внутренних полостей носоглотки, желудка, бронхов и т. д. Так же используются для передачи изображения. Приборы с В. О. широко применяются в терапии, хирургии, урологии, офтальмологии, пульмонологии и других областях медицины. Примером является аппарат эндоскоп – специальный прибор для осмотра внутренних полостей. Использование волоконной оптики позволяет передавать свет внутрь органа, избегая при этом его нежелательного нагревания, и допускает осмотр большей части полостей благодаря гибкости волоконно-оптических систем.

Дата добавления: 2015-07-14