Номер 4, страница 210 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

4. В чём состоит явление полного внутреннего отражения?

4. В чём состоит явление полного внутреннего отражения?

Решение

Явление полного внутреннего отражения — это явление отражения света от границы раздела двух сред, при котором преломление отсутствует, и вся энергия падающего светового пучка полностью возвращается в первую среду.

Это явление наблюдается только при выполнении двух условий:

1. Свет должен переходить из оптически более плотной среды в оптически менее плотную. Это означает, что показатель преломления первой среды ($n_1$) должен быть больше показателя преломления второй среды ($n_2$), то есть $n_1 > n_2$. Например, свет переходит из стекла в воздух или из воды в воздух.
2. Угол падения света ($\alpha$) на границу раздела сред должен превышать определённое критическое значение, называемое предельным (или критическим) углом полного внутреннего отражения ($\alpha_0$).

Предельный угол полного внутреннего отражения — это такой угол падения, при котором угол преломления равен $90^\circ$. Свет в этом случае распространяется вдоль границы раздела сред. Значение этого угла можно найти из закона преломления света (закона Снеллиуса): $n_1 \sin \alpha = n_2 \sin \beta$

При $\alpha = \alpha_0$, угол преломления $\beta = 90^\circ$. Тогда $\sin \beta = \sin 90^\circ = 1$. Формула принимает вид: $n_1 \sin \alpha_0 = n_2 \cdot 1$

Отсюда формула для синуса предельного угла: $\sin \alpha_0 = \frac{n_2}{n_1}$

Если угол падения $\alpha$ становится больше предельного угла $\alpha_0$, то преломлённый луч исчезает, и весь падающий свет отражается от границы раздела так же, как от зеркала.

Ответ: Явление полного внутреннего отражения заключается в том, что при переходе света из оптически более плотной среды в менее плотную под углом падения, превышающим предельный угол, свет не преломляется, а полностью отражается от границы раздела сред.

5. Где применяются световоды?

Решение

Световоды (или оптоволокно) — это тонкие нити из оптически прозрачного материала (стекла или пластика), предназначенные для передачи света на большие расстояния с минимальными потерями. Принцип их работы основан на явлении полного внутреннего отражения. Световоды имеют очень широкое применение в различных областях:

• Связь и телекоммуникации: Это основная область применения. Оптоволоконные кабели используются для создания высокоскоростных линий передачи данных — интернета, кабельного телевидения, телефонной связи. Они обеспечивают огромную пропускную способность, низкие потери сигнала и защиту от электромагнитных помех.
• Медицина: В медицинских приборах, называемых эндоскопами (например, гастроскоп, бронхоскоп), световоды используются для освещения внутренних органов и передачи их изображения для диагностики без хирургического вмешательства. Также оптоволокно применяется для доставки мощного лазерного излучения к оперируемому участку (лазерная хирургия).
• Освещение и дизайн: Световоды применяются для декоративной подсветки (например, эффект «звездного неба»), для освещения экспонатов в музеях (поскольку не излучают тепло и ультрафиолет), а также для освещения труднодоступных или опасных мест (например, в бассейнах или взрывоопасных средах).
• Датчики (сенсоры): На основе оптоволокна создают датчики для измерения температуры, давления, деформации, вибрации и других физических величин. Такие датчики нечувствительны к электромагнитным помехам, имеют малый размер и могут работать в агрессивных средах.
• Промышленность и техника: В промышленности световоды используются в бороскопах для визуального контроля состояния внутренних частей двигателей, турбин, трубопроводов и других сложных механизмов без их разборки.
• Военная и аэрокосмическая отрасли: Применяются для создания защищенных линий связи, в системах навигации и в качестве датчиков на борту самолетов и космических аппаратов.

Ответ: Световоды применяются в телекоммуникациях (интернет, ТВ), медицине (эндоскопия, лазерная хирургия), декоративном и техническом освещении, в качестве датчиков физических величин, а также в военной и аэрокосмической технике.