Phản xạ toàn phần
Hiện tượng phản xạ toàn phần (còn được gọi là phản xạ nội toàn phần)(tiếng Anh: total internal reflection) là một hiện tượng quang học. Nó được phát biểu thành định luật sau:
- Cho hai môi trường 1 và 2 với độ chiết suất tương ứng là n 1 { \ displaystyle n_ { 1 } }
n
2
{\displaystyle n_{2}}
Bạn đang đọc: Phản xạ toàn phần – Wikipedia tiếng Việt
n
2
< n 1 {\displaystyle n_{2}
tia sáng đi trong môi trường 1 tới bề mặt phân cách giữa môi trường 1 với môi trường 2 mà có góc tới đạt giá trị đủ lớn (i > i g h { \ displaystyle i > i_ { gh } }
i g h { \ displaystyle i_ { gh } }
khúc xạ sang môi trường mới).
Trong định luật trên, góc khúc xạ giới hạn (còn được gọi là góc khúc xạ tới hạn) được tính theo công thức:
- i g h = arcsin ( n 2 n 1 ) { \ displaystyle i_ { gh } = \ arcsin \ left ( { \ frac { n_ { 2 } } { n_ { 1 } } } \ right ) }
Giải thích hiện tượng dưới góc nhìn toán học[sửa|sửa mã nguồn]
Theo định luật Snell, nếu tia sáng khúc xạ sang môi trường tự nhiên mới, thì mối liên hệ giữa góc tới và góc khúc xạ như sau :
- sin ( i ) sin ( r ) = n 2 n 1 { \ displaystyle { \ frac { \ sin ( i ) } { \ sin ( r ) } } = { \ frac { n_ { 2 } } { n_ { 1 } } } }
suy ra :
- sin ( r ) = sin ( i ) ⋅ n 1 n 2 { \ displaystyle \ sin ( r ) = \ sin ( i ) \ cdot { \ frac { n_ { 1 } } { n_ { 2 } } } }
Nếu góc tới lớn hơn giá trị góc khúc xạ số lượng giới hạn :
- i g h = arcsin ( n 2 n 1 ) { \ displaystyle i_ { gh } = \ arcsin \ left ( { \ frac { n_ { 2 } } { n_ { 1 } } } \ right ) }
thì rõ ràng
sin
(
i
)
⋅
n
1
n
2
>
1
{\displaystyle \sin(i)\cdot {\frac {n_{1}}{n_{2}}}>1}
1}” class=”mwe-math-fallback-image-inline” src=”https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f73b3744f81960232c4ecc8a99dae3e7e91f5046″/>, có nghĩa là tia sáng sẽ không bị khúc xạ, mà nó sẽ phản xạ hoàn toàn trở lại môi trường cũ.
Như vậy ta hoàn toàn có thể miêu tả một cách tổng quát như sau :
- nếu
i
< i g h {\displaystyle iđịnh luật Snell;
- nếu i > i g h { \ displaystyle i > i_ { gh } }
Ví dụ:
- Khi tia sáng đi trong môi trường là kính acrylic (tiếng Anh: acrylic glass) (có hệ số chiết suất xấp xỉ 1,500) ra môi trường không khí (hệ số chiết suất xấp xỉ 1,000) thì góc giới hạn cho góc tới của nó bằng:
- i g h = arcsin ( 1, 000 1, 500 ) = 41, 81 o { \ displaystyle i_ { gh } = \ arcsin \ left ( { \ frac { 1,000 } { 1,500 } } \ right ) = 41,81 ^ { o } }
- i g h = arcsin ( 1, 000 1, 500 ) = 41, 81 o { \ displaystyle i_ { gh } = \ arcsin \ left ( { \ frac { 1,000 } { 1,500 } } \ right ) = 41,81 ^ { o } }
Ứng dụng và ví dụ trong đời sống[sửa|sửa mã nguồn]
Lăng kính Porro[sửa|sửa mã nguồn]
Thí nghiệm về phản xạ toàn phần với lăng kính Porro: Tia ló ngược hướng và cách tia tới một khoảng bằng
1
2{\displaystyle {\frac {1}{2}}}
cạnh huyền.
Ảnh qua lăng kính Porro : lộn ngược trên xuống dưới, nhưng không bị hòn đảo trái sang phải .
Hệ lăng kính Porro kép : Tia sáng đi qua hệ lăng kính Porro kép sẽ không bị đổi chiều còn hình ảnh đi qua hệ sẽ bị lộn ngược trên xuống dưới, và bị hòn đảo trái sang phải. Hình ảnh qua hệ sẽ bị di dời vị trí theo chiều ngang và chiều dọc khoảng chừng 1 2 { \ displaystyle { \ frac { 1 } { 2 } } } cạnh huyền .
Lăng kính Porro dùng trong ống nhòm .
Sơ đồ kính tiềm vọng (tiếng Anh: periscope) bên phải dùng lăng kính Porro (còn bên trái dùng gương) để lái đường đi của tia sáng.
Lăng kính Porro-abbe .
Lăng kính Porro (tiếng Anh: Porro prism) do nhà phát minh người Italia Ignazio Porro (25/11/1801 – 08/10/1875) sáng chế năm 1850, khi đang làm việc cho hãng Carl Zeiss (Đức), nhằm ứng dụng cải tiến và chế tạo ống nhòm thế hệ mới với nhiều tính năng vượt trội so với loại ống nhòm Galilean sử dụng thấu kính phân kì làm thị kính trước đó[cần dẫn nguồn]
Đây là lăng kính được sử dụng thông dụng nhất cho việc lái ánh sáng và làm quay ảnh [ 1 ] .Lăng kính Porro có hình khối lăng trụ có mặt đáy là tam giác vuông cân .Lăng kính Porro thường được phong cách thiết kế và đặt ở những khuynh hướng đặc biệt quan trọng, sao cho mặt đến và mặt ra vừa vuông góc lại vừa song song với trục quang. Có 2 cách xu thế :
- Tia tới đi vào mặt cạnh góc vuông. Nó sẽ bị phản xạ toàn phần 1 lần ở mặt cạnh huyền và ló ra ở mặt cạnh góc vuông còn lại. Hình ảnh tạo thành bị xoay 90 độ từ thẳng đứng thành nằm ngang, nhưng không đảo trái sang phải[1]. Cách bố trí này được ứng dụng trong các kính tiềm vọng như ta thấy ở trên hình.
- Tia tới đi vào mặt cạnh huyền sẽ bị phản xạ toàn phần 2 lần ở các mặt phẳng cạnh góc vuông, và cho ra tia ló ngược hướng 180 o { \ displaystyle 180 ^ { o } }
Người ta thường đem 2 lăng kính Porro ghép thành cặp ghép đôi trực giao, tạo thành hệ lăng kính Porro kép. Trong hệ này, lăng kính thứ hai được xoay
90
o
{\displaystyle 90^{o}}
1
2
{\displaystyle {\frac {1}{2}}}
cạnh huyền. Hệ lăng kính này được sử dụng nhiều trong các cơ cấu hai mắt nhìn truyền thống[1].
Lăng kính Porro được ứng dụng trong ống nhòm, kính tiềm vọng, và những thiết bị quang học khác. Trong những thiết bị này, lăng kính Porro thường được sản xuất với góc bầu nhằm mục đích làm giảm khối
lượng và kích thước[1].
Một phiên bản của lăng kính Porro là lăng kính Porro-abbe. Tia sáng đi vào lăng kính này sẽ bị phản xạ toàn phần 4 lần tất cả.
Tín hiệu ( quang ) truyền theo định luật phản xạ toàn phần trong lõi .
Tia sáng truyền trong một sợi quang .
Một bó sợi quang
Sợi quang (tiếng Anh: optical fiber).
Sợi quang được cấu tạo bởi:
- lõi (tiếng Anh: core) nằm trong cùng làm bằng vật liệu trong suốt (thường là thủy tinh siêu sạch, có độ chiết suất n 1 { \ displaystyle n_ { 1 } }
- lớp vỏ bọc (tiếng Anh: cladding) bằng một loại vật liệu khác cũng trong suốt, có độ chiết suất
n
2
< n 1 {\displaystyle n_{2}
- phía bên ngoài có thể phủ một lớp vỏ nhựa để bảo vệ.
Để truyền từ đầu này tới đầu kia của sợi quang tia sáng phản xạ toàn phần liên tục ở mặt phân làn giữa lõi và vỏ bọc .Sợi quang được ứng dụng nhiều trong viễn thông, được dùng để sản xuất những cáp quang .Trong y học, nó được dùng trong những thiết bị nội soi .Các sợi quang còn được dùng để trang trí ( như trên cây thông Noel ), và trong nghệ thuật và thẩm mỹ .
Tại sa mạc, nhiệt độ không khí giảm nhanh theo độ cao, khiến chiết suất không khí tăng nhanh theo độ cao. Trong điều kiện kèm theo quang học này, tia sáng từ khung trời hoàn toàn có thể được phản xạ toàn phần đến mắt người quan sát đứng trên sa mạc, tương tự như như được phản chiếu từ mặt hồ nước .
- Ảo ảnh minh họa. PNG
Ảo ảnh tạo thành do sự chênh lệch nhiệt độ giữa những lớp không khí . 
Nắng nóng. Con đường như mặt gương soi bóng những phương tiện đi lại .
Nguyên nhân của các ảo ảnh (tiếng Anh: mirage) quan sát được trong tự nhiên thường do sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp không khí gây nên hiệu ứng khúc xạ và phản xạ toàn phần. Có hai loại ảo ảnh như thế[2]:
- Loại thứ nhất: Ảo ảnh lộn ngược và nằm dưới vật thật thường được quan sát thấy ở sa mạc, hay trên đường nhựa vào những ngày trời nắng nóng. Nguyên nhân là do sự chênh lệch nhiệt độ của các lớp không khí: mặt đất hấp thụ nhiệt từ các tia sáng mặt trời và bức xạ ngược trở lại không khí khiến cho các lớp không khí ở sát mặt đất (hoặc sát mặt đường) nóng hơn các lớp không khí ở bên trên nó. Khi độ cao tăng nhiệt độ giảm, nên mật độ của lớp không khí bên trên sẽ đậm đặc hơn và độ chiết suất cũng cao hơn. Khi đó tia sáng từ vật qua các lớp không khí bị khúc xạ nhiều lần sẽ có đường đi cong, thoai thoải và hướng xuống dưới. Càng xuống gần mặt đất, do bị khúc xạ, độ lớn của góc tới sẽ tăng dần và đến một lúc nào đó sẽ vượt qua giá trị của góc khúc xạ giới hạn làm xảy ra hiện tượng phản xạ toàn phần, tia sáng bị phản xạ, hướng lên trên, đi đến mắt người quan sát, khiến cho họ như trông thấy ảnh của vật hiện lên trên mặt đất. Ví dụ, trời mùa hè nắng nóng, đi trên đường quốc lộ ta cảm thấy mặt đường lấp loáng như mặt nước soi bóng các phương tiện ôtô, xe máy,…; hay những người trên sa mạc thường ảo giác thấy trước mặt là một hồ nước.
- Loại thứ hai: là các bóng mờ của các vật thể lớn (như tàu thuyền, hay thậm chí là một dãy núi, một hòn đảo, một thành phố) hiện lên trên bầu trời, trên mặt biển gần bờ. Nguyên nhân của hiện tượng này là do có lớp không khí lạnh nằm sát mặt nước, trong khi các lớp không khí bên trên nó thì nóng hơn do được mặt trời sưởi ấm. Cơ chế xảy ra giống hệt loại thứ nhất, nhưng hướng của tia sáng thì ngược lại. Khi đó, tia sáng từ vật thể lớn, tỉ dụ như con thuyền, đi hướng lên trên, do khúc xạ mà thay vì truyền theo đường thẳng nó đi theo một đường cong với góc tới ngày càng lớn, đến khi lớn hơn góc khúc xạ giới hạn, nó bị phản xạ và hướng xuống đến mắt người quan sát, làm cho người đó như thấy cái bóng lộn ngược của con thuyền trên bầu trời.
Các hiện tượng khác[sửa|sửa mã nguồn]
Người thợ lặn nhìn thấy hình ảnh phản xạ của chú rùa biển này .
Hình ảnh phản xạ của một chú cá đen hiện ra ở mặt phân cách giữa mặt biển và không khí.
Kim cương sáng lấp lánh lung linh .
Nhờ hiện tượng phản xạ toàn phần, người thợ lặn có thể quan sát hình ảnh phản xạ của chú rùa biển này trên mặt phân cách giữa mặt biển và không khí.
Chiết suất cao của kim cương, vào khoảng chừng 2,417, lớn hơn so với 1,5 của những thủy tinh thông thường, cũng dễ làm Open sự phản xạ toàn phần trên mặt trong của kim cương tạo độ lấp lánh lung linh. ( xem thêm bài kim cương )
Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Khoa học
Ánh sáng trên mặt phẳng không khí-plexi trong phòng thí nghiệm này bị khúc xạ ( tia thấp ) và phản xạ ( tia trên ) .
Khúc xạ qua cốc nước. Hình ảnh bị lật ngược .
Ảnh của Cầu Cổng Vàng bị khúc xạ và bẻ gãy bởi nhiều giọt nước ba chiều .
Khúc xạ của sóng, lý giải theo quan điểm của Huygens .
không thay đổi, phụ thuộc vào bản chất của hai môi trường được gọi là chiết suất tỉ đối của môi trường chứa tia khúc xạ (môi trường 2) đối với môi trường chứa tia tới (môi trường 1). Nếu tỉ số này lớn hơn 1 thì góc khúc xạ nhỏ hơn góc tới, ta nói môi trường 2 chiết quang hơn môi trường 1. Ngược lại nếu tỉ số này nhỏ hơn 1 thì góc khúc xạ lớn hơn góc tới, ta nói môi trường 2 chiết quang kém môi trường 1.
, để xảy ra hiện tượng khúc xạ thì góc tới phải nhỏ hơn góc khúc xạ giới hạn:
Nếu tính ngày quan hệ đúng khi trứng rụng thì hoàn toàn có thể thử thai sau từ 2 tuần là thích hợp nhất. Sớm hơn thì chưa hẳn đã có hiệu quả dương thế. Với phụ nữ có chu kỳ luân hồi kinh nguyệt đều hoàn toàn có thể thử ngay khi chậm kinh. Đa số những giải pháp thử thai sẽ cho tác dụng nếu dùng đúng cách. Sẽ có trường hợp que thử thai lên vạch mờ. Điều này là thông thường vì thời kỳ đầu nồng độ hCG còn ít và thai chưa không thay đổi. Chuyên gia khuyến nghị nên dùng que thử thai vào buổi sáng vì đây là thời gian nước tiểu chứa nồng độ hCG cao nhất trong ngày. 
Màu vàng bên trái là mặt trời, ở giữa là Trái Đất, bên phải là Mặt Trăng đang chuyển dời vào bóng của Trái Đất
Một chu kỳ luân hồi nguyệt thực
Mặt Trăng đêm rằm đang khuyết dần
Mô hình một nguyệt thực bằng video với phần bóng nửa tối của Trái Đất .
Khi nhìn từ Trái Đất, bóng của Trái Đất hoàn toàn có thể được tưởng tượng như hai vòng tròn đồng tâm. Theo sơ đồ minh hoạ, loại nguyệt thực được xác lập bởi con đường do Mặt trăng đi khi nó đi qua bóng tối của Trái Đất. Nếu mặt trăng đi qua vòng tròn bên ngoài nhưng không đến được vòng tròn bên trong, đó là nguyệt thực nửa tối ; nếu chỉ có một phần của mặt trăng đi qua vòng tròn bên trong, nó là nguyệt thực một phần ; và nếu toàn bộ Mặt trăng đi qua vòng tròn bên trong tại một điểm nào đó, sẽ có nguyệt thực toàn phần .
Contact points relative to the Earth’s umbral and penumbral shadows, here with the Moon near is descending node
Nguyệt thực vào ngày 09-11-2003 .
Nguyệt thực vào ngày 21-12-2010 .
Tranh của Lucien Rudaux, hiện tượng nguyệt thực hoàn toàn có thể trông giống như khi nhật thực ở mặt phẳng Mặt Trăng. Bề mặt của Mặt Trăng Open màu đỏ chính do chỉ có ánh sáng đỏ bị khúc xạ lên mặt phẳng Mặt Trăng, như bức tranh này .
