Теория:

В \(1621\) году голландский математик  Виллеброрд Снеллиус опытным путём открыл и сформулировал закон преломления света. Он отметил, что при изменении угла падения, угол преломления изменяется так, что постоянным остаётся соотношение синусов этих углов.
 
snel006_p01.gif
Закон преломления света (Закон Снеллиуса)
  1. Падающий и преломленный лучи и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости.
  2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред, равная относительному показателю преломления: 
sinαsinβ=n2n1=n21.
Явление полного внутреннего отражения
Рассмотрим луч света, который переходит из среды с большим показателем преломления в вещество с меньшим абсолютным показателем преломления (например из воды в воздух).
 
Asset 8fiz.svg
 
В этом случае угол преломления луча больше чем угол падения. Если увеличивать угол падения, то при некотором предельном угле αпр угол преломления становится равным \(90\)°. При дальнейшем увеличении угла падения, луч полностью отражается от границы раздела и не переходит в другую среду. Это явление называется явлением полного внутреннего отражения.
 
Запишем закон преломления света для αпр.
 
sinαпрsin90=n21.
 
Так как sinαпр=n21, то
 
sinαпр=n21.
 
Обрати внимание!
Явление полного внутреннего отражения наблюдается только при переходе светового луча из среды с большим абсолютным показателем преломления в среду с меньшим абсолютным показателем преломления вещества, и при угле падения большем или равным уголу αпр.
 
Явление полного внутреннего отражения используется в волоконной оптике, для передачи световых сигналов на большие расстояния. Использование обычного зеркального отражения не дает желаемого результата, так как даже зеркало самого высокого качества (посеребренное) поглощает часть световой энергии. И при многократном отражении энергия света стремится к нулю.
 
Asset 7fiz.svg
 
При входе в световод падающий луч направляется под углом больше предельного, что обеспечивает отражение луча без потерей энергии. Световоды, состоящие из отдельных волокон, достигают в диаметре человеческого волоса, при скорости передачи более быстрой, чем скорость протекания тока, что позволяет ускорить передачу информации.
Волоконные световоды с успехом применяют в медицине. Например, световод вводят в желудок или в область сердца для освещения или наблюдения тех или иных участков внутренних органов. Использование световодов позволяет исследовать внутренние органы без введения лампочки, то есть исключая возможность перегрева.