Total reflection
12 Dec, 2011
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PDFCritical angle
PRESENTATION: A rectangular glass container is filled with water with a little milk powder dissolved in it. A beam of light is made to hit the outside of the separation surface between water and air at an angle greater than 48.8º so that the light can be seen to be totally reflected back into the water.
- Why Does the Goldfish Disappear in the Fishbowl?, Yuhua Zhu and Fengliang Shi, Phys. Teach. 47, 424 (2009)
- A Demonstration of the Critical Angle Without Using Total Internal Reflection, Barret R. Viss and Arnold E. Sikkema, Phys. Teach. 43, 471 (2005)
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8 responses to "Total reflection"
La reflexión interna total se produce cuando un haz de luz atraviesa un medio con un índice de refracción (n2) menor que aquel (n1) en el que se encuentra, de modo que no es capaz de atravesar la superficie entre ambos medios, reflejándose completamente. Esto solo ocurre para ángulos de incidencia mayores a cierto valor crítico. El ángulo crítico es el ángulo mínimo de incidencia en el cual se da este fenómeno, y se calcula como el arcoseno del cociente entre n2 y n1.
En el siguiente vídeo se explica como realizar una actividad muy sencilla y con materiales cotidianos para visualizar el fenómeno de la reflexión total y el ángulo crítico. Conceptos fundamentales para comprender el funcionamiento de la fibra óptica.
Consultando varios vídeos sobre reflexión e refracción, “quédome” co seguinte enlace no que, no primeiro minuto e medio, e de xeito moi sinxelo e reproducible, se pode comprobar a reflexión, refracción e reflexión total. De cara a aplicalo nas clases, paréceme boa idea CAPTURAR pantalla nas tres situacións, para despois MEDIR os ángulos de incidencia e de refracción, así como o ángulo crítico (hoxe en día témolo doado cun canón sobre pizarra “welleda” ou ben cunha pizarra dixital). A partir das imaxesde vídeo capturadas e as medicións dos ángulos, poderemos CALCULAR os índices de refracción de cada medio. Proposta para ampliar: repetir este sinxelo experimento en DIFERENTES medios fluídos con diferentes índices de refracción: aceites diferentes, gasolina, alcol… e, por grupos de alumnos/as, medir e calcular os índices de refracción de cada fluído.
O enlace ao vídeo que comento é o seguinte.
Otro fenómeno que se produce en la luz, menos conocido a priori, es la reflexión total. Ésta sucede en rayos de luz que viajan de un medio de alto índice de refracción, más densos, hacia medios de menor índice de refracción. En este caso toda la luz puede reflejarse en la interfase, sin que se transmita nada, quedando confinado el haz luminoso en el medio ópticamente más denso, por cuyo interior se propaga. La importancia de este fenómeno radica en que es la base de la fibra óptica, cuando la luz incide en este material a un determinado ángulo puede reflejarse dentro de ellos, la luz queda atrapada dentro de la fibra y puede propagarse a determinadas distancias. La fibra óptica tiene multitud de aplicaciones, no sólo para transportar información a gran velocidad en las telecomunicaciones, sino también en el ámbito médico en instrumentos de examen visual de órganos como los bronquios o vesícula, por medio de endoscopios.
La reflexión interna total únicamente ocurre en rayos que están viajando de un medio de alto índice refractivo hacia medios de menor índice de refracción. Con este principio se explica la conducción de la luz a través de la fibra sin aparición de fugas. Se podría esperar que la luz que atraviesa este tipo de hilos transparentes se iría esfumando por los márgenes. Sin embargo, los fotones (partículas elementales en que se puede dividir un rayo de luz) viajan por el núcleo de la fibra óptica rebotando contras sus paredes continuamente. De este modo el haz de luz queda confinado en el interior del hilo y se propaga sin que se produzcan pérdidas de información. Este fenómeno es posible gracias a que el material presente en el interior del hilo tiene un índice de refracción mayor que el material que lo rodea. Dejo el enlace al libro Descubriendo la luz: experimentos divertidos de óptica, coordinado por María Viñas, que puede ser de gran utilidad a la hora de transmitir conocimientos de óptica a los alumnos de un modo menos rutinario y tradicional.
A fibra óptica está chegando cada vez máis a tódolos fogares, e a aplicación da reflexión total nesta tecnoloxía pode ser interesante para explicar este concepto.
A fibra óptica transmite luz a distancias moi longas, xa que o seu revestimento ten un índice de refracción menor. Cando un raio de luz entra por un fío de fibra nun ángulo superior ao crítico, prodúcese unha reflexión total e irá rebotando polas paredes da fibra ata o final. Mediante o simulador podemos experimentar coa reflexión total.
Los avances tecnológicos están dirigidos fundamentalmente a aumentar la velocidad de transmisión de datos, en lo que ha tenido un gran impacto la aparición de la fibra óptica, cuyo fundamento se basa en el fenómeno de la reflexión total. La reflexión interna total se utiliza en fibra óptica para conducir la luz a través de la fibra sin pérdidas de energía. En una fibra óptica el material interno tiene un índice de refracción más grande que el material que lo rodea. El ángulo de la incidencia de la luz es crítico para la base y su revestimiento y se produce una reflexión interna total que preserva la energía transportada por la fibra. Los filamentos de la fibra óptica constan de un núcleo central de óxido de silicio y germanio con alto índice de refracción recubierto de una capa plástica con índice de refracción ligeramente menor a la del núcleo. De esta forma cuando un haz de luz viaja por el núcleo a un ángulo superior al ángulo crítico, sufre reflexión total interna, y por lo tanto no hay pérdidas por refracción al exterior, propagándose así por el núcleo. De este modo se guían señales luminosas que permiten la trasmisión de datos por largas distancias sin pérdidas.
En este enlace se puede ver un experimento con la explicación formal del fenómeno muy clara e interesante.