Światłowód
Co zrobimy: Wprowadzimy światło do włókna światłowodu i sprawdzimy, kiedy biegnie ono wewnątrz dzięki całkowitemu wewnętrznemu odbiciu, a kiedy ucieka.
Co widzisz na ekranie: Włókno światłowodu (rdzeń i płaszcz) z promieniem odbijającym się wielokrotnie od ścianek i biegnącym wzdłuż — także po zakręcie; przy zbyt małym kącie część światła ucieka. Suwak kąta wprowadzenia i przełącznik proste/zakrzywione włókno. Odczyty: kąt padania na ściankę względem granicznego i stan.
Dam Ci kąt wprowadzenia światła — zgadnij (bez ruszania suwaka), czy zajdzie całkowite odbicie, czy światło ucieknie.
Co się właśnie stało?
Światło wprowadzone do włókna pod odpowiednim kątem odbiło się od ścianek i pobiegło wzdłuż — nawet po zakręcie, nie uciekając na zewnątrz.
Jak działa światłowód?
To cienkie włókno z rdzenia (o większym współczynniku załamania) otoczonego płaszczem. Gdy światło pada na ściankę rdzenia pod kątem WIĘKSZYM niż kąt graniczny, zachodzi CAŁKOWITE WEWNĘTRZNE ODBICIE — całe światło odbija się z powrotem do wnętrza, nic nie ucieka.
Dlaczego światło nie ucieka na zakrętach?
Bo przy każdym zetknięciu ze ścianką kąt wciąż przekracza graniczny, więc światło raz za razem się odbija i „podąża" za kształtem włókna — nawet zwiniętego.
Kiedy światło ucieka?
Jeśli wprowadzisz je pod złym kątem, tak że na ściankę pada poniżej kąta granicznego — wtedy część światła się załamuje i wychodzi na zewnątrz (straty).
Gdzie to działa?
Światłowody przesyłają internet i telefonię na ogromne odległości (sygnał świetlny prawie bez strat), a także służą w endoskopii medycznej.
Po co Ci to na maturze:
całkowite wewnętrzne odbicie i jego zastosowanie w światłowodach to częsty przykład z optyki (kąt graniczny liczysz w temacie „Załamanie światła").
Zapamiętaj: światłowód działa dzięki całkowitemu wewnętrznemu odbiciu — powyżej kąta granicznego światło odbija się od ścianek i biegnie wewnątrz włókna, także po zakrętach.
Teoria i wzory
Zasada działania
Światło biegnie w rdzeniu światłowodu dzięki całkowitemu wewnętrznemu odbiciu od granicy rdzeń–płaszcz. Odbija się od ścianek raz za razem, nie uciekając na zewnątrz — nawet na zakrętach.
Warunek całkowitego odbicia
Zachodzi, gdy światło pada na ściankę pod kątem większym od granicznego: Rdzeń ma większy współczynnik załamania niż płaszcz .
Dlaczego nie ucieka
Dopóki na każdej ściance kąt padania przekracza graniczny, światło za każdym razem odbija się całkowicie. Zastosowania: internet, telefonia, endoskopia.
Oznaczenia: — współczynnik załamania rdzenia, — płaszcza, — kąt graniczny.
Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.
Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.
Najczęstsze pytania
›Jak działa światłowód?
Dzięki całkowitemu wewnętrznemu odbiciu — światło odbija się od ścianek rdzenia i biegnie wzdłuż włókna, nie uciekając na zewnątrz.
›Dlaczego światło w światłowodzie nie ucieka na zakrętach?
Bo na każdej ściance kąt padania wciąż przekracza graniczny, więc światło raz za razem się całkowicie odbija.
›Do czego wykorzystuje się światłowody?
Do przesyłania internetu i telefonii na duże odległości oraz w endoskopii medycznej.