השתקפות והתכופפות
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| normal/ˈnɔːml/ | אנך |
| angle of incidence/ˈæŋɡl ɒv ˈɪnsɪdəns/ | זווית פגיעה |
| angle of reflection/ˈæŋɡl ɒv rɪˈflekʃn/ | זווית החזר |
| virtual/ˈvɜːtʃuːəl/ | וירטואלי |
| refractive index/rɪˈfræktɪv ˈɪndeks/ | מדד שבירה |
| total internal reflection/ˈtəʊtl ɪnˈtɜːnl rɪˈflekʃn/ | החזר פני מלא |
| critical angle/ˈkrɪtɪkl ˈæŋɡl/ | זווית קריטית |
| optical fibres/ˈɒptɪkl ˈfaɪbəz/ | סיבי אופטיים |
השתקפות וכיפוף של אור
- מראה מחזיר אור אחורה; קש באגב מים נראה מכופף.
- אלו החזרה ושבירה — שתי הפעולות הבסיסיות שמבצע האור על פני משטח.
- אנו מודדים כל הזווית ביחס לנורמל: קו הנמצא בזווית $90°$ למשטח.
החזר
- חוק ההחזרה: זווית הפגיעה שווה לזווית ההחזרה (שניהם ביחס לנורמל).
- מראה מישורי יוצר תמונה שהיא: אותה גודל, באותה מרחק מאחורי המראה, והיא זוהרית (לא ניתן לתפוס אותה על מסך).
חוק ההשתקפות
כיפוף קרן אור
להטיב אור לתוך מים, זכוכית או יהלום ולשנות את הזווית. הקרן מאטה ונתכופפת לעבר הנורמל — כל הרכיב הצפוף יותר (n גבוה יותר), כך יותר מתכופף. כיפוף זה הוא הסיבה לכך שמחט נראה שבור בכוס, ולמה יהלומים זוהרים.
קרן פוגעת במראה שטוח בזווית של $30°$ לנורמל. באיזו זווית לנורמל היא משתקפת?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חוק ההחזרה: זווית ההחזר שווה לזווית הפגיעה, ושתי הזוויות נמדדות ביחס לאנך.
תמונה במראה שטוחה היא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מראה שטוח נותנת תמונה מציגה, באותו גודל, באותו מרחק מאחורי המראה — היא אינה ניתנת לתפוס על מסך.
שבירה
- כאשר אור חודר לחומר חדש הוא משנה מהירות ונוטה.
- מעבר מאוויר לזכוכית, האור מאט ונוטה כלפי הנורמל (ולכן $i > r$).
- ה-מדד השבירה משווה את המידת הנטייה:
קרן אור עוברת מאוויר לתוך זכוכית. היא:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
האור נע מהר יותר בזכוכית, ולכן מעבר מאוויר → זכוכית הוא ניצב כלפי האנך ($i > r$).
כאשר אור נכנס לזכוכית, $\sin i = 0.80$ ו-$\sin r = 0.50$. מהו מקדם השבירה?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$n = \dfrac{\sin i}{\sin r} = \dfrac{0.80}{0.50} = 1.6$.
השתקפות פנימית מלאה
- אור היוצא מזכוכית נוטה רחוק מן הנורמל. מעבר לזווית מסוימת — הזווית הקריטית $c$ — הוא אינו יכול לצאת כלל והשתקפות מלאה מתרחשת.
- זוהי השתקפות פנימית מלאה, והיא מתרחשת כאשר הזווית בפנים היא גדולה מ$c$:
- היא שומרת על אור קופץ לאורך סיבי אופטי, החוטים הזכוכית הדקים שמעבירים אותות אינטרנט וטלפון.
ההשתקפות הפנימית המלאה שומרת על אור קופץ לאורך כל סיב אופטי עד שהוא יוצא באור מקצה,
החזרה פנימית כוללת מתרחשת כאשר אור בתוך זכוכית פוגע בשטח בזווית ש-
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
מעל הזווית הקריטית האור אינו יכול לצאת והוא מוחזר לחלוטין פנימה.
סיבי אופטי משתמשים בהחזרה פנימית כוללת כדי להעביר אותות אור.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
האור קופץ לאורך הסיב באמצעות השתקפות פנימית מלאה, ומעביר אותות אינטרנט וטלפון למרחקים ארוכים.
הבנתך מושלמת
- מדדו זוויות מה-נורמל; השתקפות: זווית כניסה = זווית השתקפות
- תמונת מראה מישורית היא וירטואלית, באותו גודל, באותו מרחק מאחורי המראה
- שבירה: לכניסה לזכוכית → מאט, נוטה כלפי הנורמל; $n = \dfrac{\sin i}{\sin r}$
- מעבר לזווית הקריטית, אור משתקף פנימית במלואו (סיבי אופטי)