Полное внутреннее отражение может наблюдаться при переходе ...

Физика. Полное внутреннее отражение

Полное внутреннее отражение (ПВО) — это оптическое явление, которое происходит, когда свет, переходя из более оптически плотной среды в менее оптически плотную, полностью отражается от границы раздела двух сред. Это явление наблюдается при угле падения, равном или большем критического угла.

Критический угол \( \alpha_{кр} \) определяется по формуле: \( \sin(\alpha_{кр}) = \frac{n_2}{n_1} \), где \( n_1 \) — показатель преломления более плотной среды, а \( n_2 \) — показатель преломления менее плотной среды.

Для возникновения ПВО необходимо, чтобы свет переходил из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления (то есть \( n_1 > n_2 \)).

• «воздух – вода»: показатель преломления воздуха \( n_{возд} \approx 1.000 \), воды \( n_{вод} \approx 1.33 \). Переход из воды в воздух. \( n_1 = 1.33, n_2 = 1.000 \). ПВО возможно.
• «вода – стекло»: показатель преломления стекла \( n_{стекло} \approx 1.5-1.7 \). Переход из стекла в воду. \( n_1 > n_2 \). ПВО возможно.
• «глицерин – воздух»: показатель преломления глицерина \( n_{глицер} \approx 1.47 \). Переход из глицерина в воздух. \( n_1 = 1.47, n_2 = 1.000 \). ПВО возможно.
• «глицерин – алмаз»: показатель преломления алмаза \( n_{алмаз} \approx 2.42 \). Переход из глицерина в алмаз. \( n_1 = 1.47, n_2 = 2.42 \). Здесь \( n_1 < n_2 \), поэтому ПВО невозможно. Свет будет преломляться.

Условие для ПВО — переход из более плотной оптически среды в менее плотную. Во всех предложенных вариантах, кроме последнего, свет переходит из более плотной среды (вода, глицерин) в менее плотную (воздух, стекло (если n_стекла < n_воды, что бывает редко), но обычно стекло плотнее воды). Давайте рассмотрим стандартные показатели преломления:

• Воздух: ~1.0
• Вода: ~1.33
• Стекло: ~1.5
• Глицерин: ~1.47
• Алмаз: ~2.42

Рассмотрим переходы, где свет идет из более плотной среды в менее плотную:

1. «вода – воздух»: \( n_1=1.33, n_2=1.0 \). \( n_1 > n_2 \). ПВО возможно. (Вариант «воздух – вода» в задании указан наоборот)
2. «стекло – вода»: \( n_1=1.5, n_2=1.33 \). \( n_1 > n_2 \). ПВО возможно.
3. «глицерин – воздух»: \( n_1=1.47, n_2=1.0 \). \( n_1 > n_2 \). ПВО возможно.
4. «алмаз – глицерин»: \( n_1=2.42, n_2=1.47 \). \( n_1 > n_2 \). ПВО возможно.

Однако, в вопросе указаны пары «среда 1 – среда 2», где свет переходит ИЗ среды 1 В среду 2. Правильные варианты, где ПВО возможно:

• «воздух – вода»: \( n_1=1.0, n_2=1.33 \). \( n_1 < n_2 \). ПВО невозможно.
• «вода – стекло»: \( n_1=1.33, n_2=1.5 \). \( n_1 < n_2 \). ПВО невозможно.
• «глицерин – воздух»: \( n_1=1.47, n_2=1.0 \). \( n_1 > n_2 \). ПВО возможно.
• «глицерин – алмаз»: \( n_1=1.47, n_2=2.42 \). \( n_1 < n_2 \). ПВО невозможно.

Таким образом, полное внутреннее отражение возможно только при переходе из глицерина в воздух.

Ответ: «глицерин – воздух».