Totalreflektion

Därför kan optiska fibrer leda telefonsamtal

 

 

      

 

Ett genomskinligt material, t.ex. vatten, reflekterar i vissa fall ljus bättre än en spegel. Allt du behöver göra är att låta ljuset infalla i en lämplig vinkel.

 

En ljuskälla med en smal stråle. En liten laser är bäst om du har tillgång till en sådan. (En billig nyckelringslaser kan du köpa hos Kjell & Company, Clas Ohlson eller Laseroptronix för under hundralappen.) Annars kan du använda en stark ficklampa eller en diaprojektor vars stråle du begränsat. Det enklaste sättet att skapa en smal, kraftig ljusstråle är att slå hål (med ett hålslag) i en bit kartong som du sedan klipper till i diabildsformat så att den passar i projektorn.

Ett vattenfyllt akvarium eller motsvarande.

Några droppar mjölk (eller lite torrmjölk) för att göra ljusets väg genom vattnet mera synlig.

 

Fyll akvariet med vatten. Tillsätt mjölk, lite i taget under omrörning. Du ska bara ha så mycket mjölk att ljusstrålens väg blir synlig.

 

 

Rikta ljusstrålen uppåt genom vattnet så att den träffar vattenytan underifrån. Om akvariets botten är genomskinlig kan du lysa genom den. Lys annars genom sidoväggen som figuren visar. Släck gärna belysningen i rummet när du experimenterar.

Rikta ljusstrålen så att den träffar vattenytan så rakt underifrån som möjligt. (Vinkeln mellan stråle och vattenyta ska alltså vara så stor som möjligt.) Du kommer nu att kunna se att en del av ljuset reflekteras tillbaka ner i vattnet, medan en del bryts, och kommer ut i luften ovanför vattenytan. Om du har lite kritdamm i luften ser du ljusstrålen tydligare, men du kan också "spåra" strålen med en bit papper.

Ändra sakta vinkeln så att ljuset infaller allt snedare mot vattenytan. (Låt alltså vinkeln mellan ljusstrålen och vattenytan bli allt mindre.) Notera att den reflekterade delen av ljuset blir allt starkare medan andelen ljus som går ut i luften minskar. Försök nu finna den vinkel då du inte längre får ut något ljus i luften, dvs. då allt ljus reflekteras. Vinkeln där detta inträffar kallas för gränsvinkeln för totalreflektion, och när du passerat den kommer allt ljus att reflekteras.

När ljus går från ett genomskinligt material till ett annat, t.ex. när det går mellan luft och vatten, reflekteras alltid en viss del medan resten bryts.

Du kan notera att ju snedare ljuset infaller mot ytan, desto mer bryts ljuset som kommer ut i luften. Till slut blir brytningsvinkeln så stor att inget ljus längre kan gå ut i luften. Fenomenet som inträffar kallas totalreflektion eftersom 100% av ljuset reflekteras i vattenytan.

Totalreflektion kan bara inträffa när ljuset lyser på vattenytan underifrån, dvs när ljuset går från vatten och mot luft. Det är ljusets fart i ett material, t.ex. vatten respektive luft, som bestämmer om (och i så fall när) totalreflektion inträffar. Totalreflektion kan bara inträffa om ljus går från ett material med lägre ljusfart till ett material med högre ljusfart.

I vatten är ljusets fart ca 75% av ljuset fart i luft. För ljus som går från vatten mot luft inträffar totalreflektionen vid gränsvinkeln g = 49 grader, se figuren.

 

Totalreflektion sker t.ex. i optiska fibrer som leder telefonsamtal. Ljus som kommer in i fibern kommer att träffa fiberns väggar väldigt snett och reflekteras därför totalt. Detta gör att signalen varken försvagas nämnvärt eller "läcker ut" ur fibern trots att fibern går i kringelikrokar!

 

Visa 3 kommentarer till detta snack

 

2872 besök sedan 16 oktober 2012

ämnen | dokumentation

 

Materialet hämtat från och översatt med tillstånd av The Exploratorium, San Francisco http://www.exploratorium.edu av Nationellt Resurscentrum för Fysik, http://www.fysik.org