Номер 5, страница 185 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

5. Объясните, почему призма, сечение которой изображено на рисунке 176, «оборачивает» лучи.

Рис. 176

Призма, сечение которой представляет собой прямоугольный равнобедренный треугольник, «оборачивает» лучи благодаря явлению полного внутреннего отражения. На рисунке показан ход двух параллельных лучей (1 и 2) через такую призму.

Эффект «оборачивания» лучей происходит в несколько этапов:

1. Прохождение света в призму. Лучи света, идущие из оптически менее плотной среды (воздух) в более плотную (стекло призмы), преломляются на первой грани (в данном случае, на грани AB).

2. Двойное полное внутреннее отражение. Внутри призмы лучи поочередно достигают двух других граней (BC и AC). Призма на рисунке является прямоугольной и равнобедренной (углы при основании BC равны 45°). Геометрия падения лучей такова, что на каждой из этих граней угол падения оказывается равным 45°. Этот угол падения ($ \alpha_{пад} $) больше критического (предельного) угла полного внутреннего отражения ($ \alpha_{крит} $) для границы стекло-воздух, который составляет примерно 42°. Условие полного внутреннего отражения $ \alpha_{пад} > \alpha_{крит} $ выполняется. Поэтому свет не выходит из призмы, а полностью отражается от этих граней, как от зеркала.

3. Инверсия лучей. В результате двух таких отражений происходит не только поворот лучей, но и их пространственная инверсия. Как видно из рисунка, луч 1, который входил в призму снизу, после прохождения отражающей системы выходит сверху. Соответственно, верхний луч 2 выходит снизу. То есть, лучи меняются местами.

Хотя на схеме изображено, что лучи входят в одну боковую грань (катет), а выходят из другой, классический пример «оборачивающей» призмы (призмы Порро) предполагает вход и выход лучей через самую длинную грань (гипотенузу). В таком случае направление лучей разворачивается ровно на 180°. Тем не менее, принцип действия, показанный на рисунке, — двойное полное внутреннее отражение, приводящее к инверсии лучей, — является ключевым для объяснения эффекта «оборачивания».

Ответ: Призма «оборачивает» лучи за счет двух последовательных полных внутренних отражений от ее граней. Это происходит потому, что лучи падают на границу стекло-воздух под углом, превышающим критический угол. В результате такого двойного отражения происходит инверсия пучка света: верхний луч становится нижним, а нижний — верхним.