Η βασική διαφορά μεταξύ της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης και της διάθλασης είναι ότι η συνολική εσωτερική ανάκλαση είναι η πλήρης υποβρύχια εμφάνιση χωρίς απώλεια φωτεινότητας, ενώ διάθλαση είναι η αλλαγή στην κατεύθυνση ενός κύματος που περνά από το ένα μέσο στο άλλο.
Ολική εσωτερική ανάκλαση και διάθλαση είναι οπτικά φαινόμενα που συζητούνται κυρίως στη φυσική και την αναλυτική χημεία.
Τι είναι η συνολική εσωτερική αντανάκλαση;
Ολική εσωτερική ανάκλαση ή TIR είναι ένα οπτικό φαινόμενο που περιγράφει την υποβρύχια ανάκλαση φωτός, η οποία εμφανίζεται ως καθρέφτης χωρίς απώλεια φωτεινότητας. Γενικά, αυτός ο τύπος ανάκλασης συμβαίνει όταν τα κύματα σε ένα μέσο χτυπούν επαρκώς στο όριο με ένα άλλο μέσο, το οποίο συμβαίνει εξωτερικά. Εκεί, τα κύματα τείνουν να ταξιδεύουν πιο γρήγορα στο δεύτερο μέσο από το πρώτο και το δεύτερο μέσο θα πρέπει να είναι απολύτως διαφανές στα κύματα. Συνήθως, η συνολική εσωτερική ανάκλαση συμβαίνει με ηλεκτρομαγνητικά κύματα όπως το φως και τα μικροκύματα, αλλά μπορεί επίσης να συμβεί και με ορισμένα άλλα κύματα, όπως τα κύματα ήχου και νερού.
Μπορούμε να περιγράψουμε τη συνολική εσωτερική ανάκλαση του φωτός χρησιμοποιώντας ένα ημικυκλικό κυλινδρικό μπλοκ από κοινό γυαλί ή ακρυλικό γυαλί. Εκεί, ένα «κουτί ακτίνων» προβάλλει μια στενή δέσμη φωτός ακτινικά προς τα μέσα. Στη συνέχεια, η ημικυκλική διατομή του γυαλιού επιτρέπει σε αυτή τη στενή δέσμη φωτός να παραμείνει κάθετη στο καμπύλο τμήμα της επιφάνειας αέρα/γυαλιού, συνεχίζοντας έτσι σε ευθεία γραμμή προς την επίπεδη περιοχή της επιφάνειας, αλλά η γωνία φωτός με το η επίπεδη περιοχή ποικίλλει.
Εικόνα 01: Ολική εσωτερική αντανάκλαση σε ένα ενυδρείο
Ας δούμε τώρα μερικά καθημερινά παραδείγματα για συνολικό εσωτερικό προβληματισμό. Όταν στεκόμαστε δίπλα σε ένα ενυδρείο, έχοντας τα μάτια μας κάτω από τη στάθμη του νερού, μπορούμε να δούμε ψάρια και βυθισμένα αντικείμενα να αντανακλώνται στην επιφάνεια του νερού και του αέρα. Εδώ, η φωτεινότητα της ανακλώμενης εικόνας είναι συνήθως εκπληκτική. Ομοίως, όταν ανοίγουμε τα μάτια μας ενώ κολυμπάμε ακριβώς κάτω από την επιφάνεια του νερού, η επιφάνεια φαίνεται σαν ένας καθρέφτης που αντανακλά αντικείμενα από κάτω, εάν το νερό είναι ήρεμο.
Τι είναι η διάθλαση;
Διάθλαση είναι η αλλαγή στην κατεύθυνση ενός κύματος που περνά από το ένα μέσο στο άλλο. Αυτό συμβαίνει επίσης εάν υπάρχει σταδιακή αλλαγή στο ίδιο μέσο. Το φως είναι το πιο κοινό θέμα στο φαινόμενο της διάθλασης, αλλά υπάρχουν και κάποια άλλα κύματα που εμπλέκονται επίσης, συμπεριλαμβανομένων των ηχητικών κυμάτων και των κυμάτων του νερού. Μπορούμε να προσδιορίσουμε το μέγεθος της διάθλασης ενός κύματος παρατηρώντας τη μεταβολή στην ταχύτητα του κύματος και την αρχική κατεύθυνση της διάδοσης του κύματος σε σχέση με την κατεύθυνση της αλλαγής της ταχύτητας.
Εικόνα 02: Η διάθλαση ακολουθεί τον νόμο του Snell
Στην περίπτωση του φωτός, η διάθλαση ακολουθεί το νόμο του Snell. Αυτός ο νόμος ορίζει ότι για ένα δεδομένο ζεύγος μέσων, η αναλογία μεταξύ της τιμής αμαρτίας της γωνίας πρόσπτωσης και της γωνίας διάθλασης είναι ίση με την αναλογία μεταξύ των ταχυτήτων φάσης σε αυτά τα δύο μέσα, και ισοδύναμα, είναι ίση με την αναλογία των δεικτών διάθλασης των δύο μέσων.
Τυπικά, τα οπτικά πρίσματα και οι φακοί τείνουν να χρησιμοποιούν διάθλαση του φωτός για να ανακατευθύνουν το φως, το οποίο εμφανίζεται επίσης στο ανθρώπινο μάτι. Εκεί, ο δείκτης διάθλασης των υλικών τείνει να ποικίλλει ανάλογα με το μήκος κύματος του φωτός. Επομένως, η γωνία της διάθλασης ποικίλλει επίσης. Το ονομάζουμε «διασπορά» και προκαλεί τα πρίσματα και τα ουράνια τόξα να διαιρούν το λευκό φως στα συστατικά του φασματικά χρώματα.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της ολικής εσωτερικής ανάκλασης και της διάθλασης;
Η συνολική εσωτερική ανάκλαση και διάθλαση είναι οπτικά φαινόμενα που συζητούνται κυρίως στη φυσική και την αναλυτική χημεία. Η βασική διαφορά μεταξύ της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης και της διάθλασης είναι ότι η συνολική εσωτερική ανάκλαση είναι η πλήρης υποβρύχια εμφάνιση χωρίς απώλεια φωτεινότητας, ενώ διάθλαση είναι η αλλαγή στην κατεύθυνση ενός κύματος που περνά από το ένα μέσο στο άλλο.
Το παρακάτω infographic συνοψίζει τη διαφορά μεταξύ της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης και της διάθλασης σε μορφή πίνακα.
Σύνοψη – Συνολική εσωτερική ανάκλαση έναντι διάθλασης
Η συνολική εσωτερική ανάκλαση και διάθλαση είναι δύο οπτικά φαινόμενα. Η βασική διαφορά μεταξύ της συνολικής εσωτερικής ανάκλασης και της διάθλασης είναι ότι η συνολική εσωτερική ανάκλαση είναι η πλήρης υποβρύχια εμφάνιση χωρίς απώλεια φωτεινότητας, ενώ η διάθλαση είναι η αλλαγή στην κατεύθυνση ενός κύματος που περνά από το ένα μέσο στο άλλο.
