Probablemente hayas visto diamantes brillando. ¿Sabes por qué los diamantes brillan tanto? Alternativamente, imagine que coloca un centavo debajo del vaso y lo llena con agua. La moneda no es visible cuando se ve desde un lado, pero es visible cuando se ve desde arriba. ¿Qué causa que esto ocurra? La introspección interna es la clave para esto. Echemos un vistazo más de cerca al reflejo interior completo.
Reflexión interna total
Hagamos una breve tarea para comprender mejor la noción de reflexión interna integral. Toma una moneda y un vaso y júntalos. Coloque el centavo en el fondo del vaso y llénelo con agua. ¿Qué pasó con la moneda? Podemos ver la moneda desde la parte superior del vaso, pero no cuando la miramos de lado. No podemos ver la moneda ya que es invisible para nosotros. ¿Qué causó que esto sucediera?
Esto se debe al hecho de que cuando hay agua en el vaso, la luz de la moneda viaja a través del vaso en un cierto ángulo de nuestra vista. Además, cuando se agrega agua al vaso, la luz de la bobina incide en el interior del vaso en un ángulo mayor que el ángulo crítico. El cristal interior refleja el 100% de la luz. La reflexión interna es lo que es.
La reflexión total de un rayo de luz en el límite de dos medios cuando el haz está en el medio con un índice de refracción más alto se conoce como reflexión interna total.
Cuando los rayos de luz pasan de un material más denso ópticamente a un medio menos denso ópticamente, ocurre este fenómeno. Hay dos situaciones en las que se produce la reflexión interna total:
- Cuando la luz se acerca al medio menos denso desde el medio más denso.
- Si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico.
Ilustración de la reflexión interna total
Considere el caso a continuación. Un haz de luz viaja de un medio acuoso a uno de aire. El rayo de luz se refractará en el punto donde se encuentran los dos medios. El haz de luz refractado se desvía de la normal cuando pasa de un medio con un índice de refracción más alto a uno con un índice de refracción más bajo.
- El haz de luz incidente se refracta de tal manera que viaja sobre la superficie del agua con un cierto ángulo de incidencia.
- El ángulo crítico es el ángulo de incidencia en el que sucede algo. El ángulo de refracción es de 90° aquí.
- El rayo incidente se refleja de vuelta al medio cuando el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo crítico. Este evento se conoce como reflexión interna total.
De la observación anterior, podemos concluir dos fórmulas:
- Reflexión interna total
norte 1 ⁄ norte 2 = pecado r ⁄ pecado yo
dónde,
- i es el ángulo de incidencia,
- r es el ángulo de refracción,
- n 1 es el medio más denso, &
- n 2 es el medio más raro.
- Ángulo crítico
θ do = sin −1 (norte 2 ⁄ norte 1 )
donde, θ c es el ángulo crítico.
Ejemplos de reflexión interna total
- Fibra óptica
Debido a que el ángulo generado por el haz entrante es mayor que el ángulo crítico, se produce una reflexión interna total cuando golpea el revestimiento. Las fibras ópticas han revolucionado la velocidad con la que se transportan las señales a través de ciudades, naciones y continentes, lo que convierte a las telecomunicaciones en una de las formas más rápidas de transporte de información. La endoscopia también utiliza fibras ópticas.
- Espejismo
Es una ilusión óptica que hace que la capa de agua aparezca a corta distancia en el desierto o en la carretera. La reflexión interna total, que ocurre como resultado de la refracción atmosférica, es un ejemplo de espejismo.
- Diamante
Cuando los rayos de luz penetran en un diamante, se internalizan por completo y se reflejan en todas las facetas del diamante. El ángulo crucial para que un haz de luz pase de un diamante al aire es de solo 24°. Como resultado, la mayoría de los fotones entrantes experimentan reflexiones internas completas.
Además, los diamantes a menudo se cortan de tal manera que cuando un haz de luz los penetra, se someten a reflejos internos completos en múltiples caras. Cuando el ángulo de incidencia en cualquier cara es inferior a 24°, la luz lo traspasa y hace que el diamante luzca brillante. Las fibras ópticas también emplean reflexión interna total. Las señales de vídeo y audio se envían a través de grandes distancias mediante fibras ópticas.
Ejemplos de preguntas
Pregunta 1: El vidrio de índice de refracción n 1 = 1,33 está formado por una fibra óptica y está rodeado por otro vidrio de índice de refracción n 2 . Determinar el índice de refracción n 2 del revestimiento para que el ángulo crítico entre los dos revestimientos sea de 30 ° .
Responder:
Dado:
Ángulo crítico, θ = 50°
Índice de refracción, n 1 = 1,33
Ángulo crítico
θ do = sin −1 (norte 2 ⁄ norte 1 )
norte 2 = norte 1 senθ c
= 1,33 × sen 30°
= 0,665
Por lo tanto, el índice de refracción del segundo vidrio es 0,665 .
Pregunta 2: Determinar el índice de refracción de un medio con un ángulo crítico de 45°.
Responder:
Ángulo crítico, θ c = 45°
Índice de refracción del medio, μ = 1 ⁄ sen θ c
μ = 1 ⁄ sin 45°
= 1.414
Por lo tanto, el índice de refracción de un medio es 1,414 .
Pregunta 3: Suponga que un haz de luz viaja desde un medio que tiene un índice de refracción de 1,33 a un medio con un índice de refracción de 1,50. ¿Cuál es el ángulo crítico si el rayo incidente forma un ángulo de 50° con respecto a la normal?
Responder:
Se dice que la luz va de un medio a otro en respuesta a esta consulta. Se nos proporcionan los índices de refracción de ambos medios, así como el ángulo de incidencia con respecto a la normal, y se nos pide que calculemos el ángulo crítico. Es crucial tener en cuenta que a medida que la luz pasa de un medio a otro, la velocidad a la que viaja cambia.
El índice de refracción de un medio está determinado por qué tan rápido viaja la luz en ese medio en comparación con qué tan rápido viaja la luz en el vacío. La luz se desvía más hacia la normal en medios más densos, mientras que se desvía más lejos de la normal en un medio menos denso. La luz debe pasar de un medio con mayor densidad a un medio con menor densidad para alcanzar un ángulo crítico. Dicho de otro modo, la luz debe pasar de un medio con un índice de refracción más alto a uno con un índice de refracción más bajo.
Como resultado, si un rayo de luz se mueve desde un medio con un índice de refracción bajo hacia un medio con un índice de refracción mayor, no habrá ángulo crítico. Esto es exactamente lo que está pasando en el tallo de la pregunta. Como resultado, no puede haber un ángulo crítico.
Pregunta 4: Cuando las longitudes de onda de la luz en dos líquidos, x e y, son de 250 nm y 500 nm respectivamente, ¿cuál será el ángulo crítico de x con respecto a y?
Responder:
Dado:
Longitudes de onda, λ x = 250 nm y λ y = 500 nm
θ c = pecado −1 (norte y ⁄ norte x ) = pecado −1 (λ x ⁄ λ y )
θ c = sen −1 (250 nm ⁄ 500 nm)
= 30°
Por lo tanto, el ángulo crítico de x relativo a y es de 30° .
Pregunta 5: ¿Por qué las imágenes de reflexión interna completa parecen ser más brillantes que las creadas por espejos o lentes?
Responder:
La reflexión interna total produce imágenes más brillantes que los espejos o las lentes porque el 100 % de la luz incidente se refleja de nuevo en el mismo medio sin pérdida de intensidad, mientras que la reflexión de los espejos y las lentes siempre produce cierta pérdida de intensidad.