Полное внутреннее отражение. Опыты

1. Отражение от свободной поверхности жидкости. 1) Стакан с водой. 2) чайная ложка. В стакан с водой погружают чайную ложку и смотрят снизу сквозь стенки стакана на свободную поверхность воды. Вследствие полного внутреннего отражения эта поверхность кажется зеркальной, и в ней видно изображение нижней части ложки.

2. Опыт с пробиркой. 1) Стакан с водой 2) Пробирка. 3) Ртуть. В стакан с водой ставят пробирку, в которую налито (около одной трети) ртути. Стакан ставят на лист белой бумаги на столе и смотрят сверху примерно по отвесному направлению (рис. 309). Пустая часть пробирки представляется более блестящей, чем со ртутью, доказывая этим наличие полного внутреннего отражения.

Рис. 309. Полное внутреннее отражение

3. Опыт с закопченным телом. 1) Алюминиевая ложка или металлический шарик (например от прибора Гравезанда). 2) Стакан с водой. 3) Горелка со скипидаром.

Заранее, непосредственно перед самым уроком, приготовляют закопченный металлический предмет (ложку, шарик) и погружают его в стакан с водой; частицы копоти, оставшиеся при погружении и плавающие на поверхности воды, удаляют фильтровальной бумагой. В таком виде стакан показывают учащимся; разглядывая его сверху, учащиеся видят в воде блестящий металлический предмет, не подозревая, что он покрыт копотью. Когда все учащиеся посмотрят, предмет вынимают из воды.

Опыт полезно повторить, но надо помнить, что при каждом погружении предмета часть копоти с него сходит. Явление объясняется полным внутренним отражением от слоя воздуха, облегающего поверхность тела, не смачиваемого водой. Тот же опыт можно произвести, погружая палец в воду, поверхность которой покрыта слоем ликоподия.

4. Опыт с воронкой. 1) Стакан с водой. 2) Коническая воронка (входящая в стакан). 3) Пробка.

Узкий конец воронки наглухо затыкают резиновой пробкой, и воронку погружают вертикально в стакан с водой (ее налито немного) так, чтобы из-под воронки не ушел воздух. Если смотреть сверху, то поверхность воронки, находящаяся под водой, кажется зеркальной, как у пробирки в опыте 2 (рис. 310).

Рис. 310. Полное внутреннее отражение

5. Опыт со стеклянными палочками. 1) Прибор с палочками (прежде прилагался к шайбе Гартля). 2) Источник света.

На черном экране укреплены три изогнутые стеклянные палочки из прозрачного бесцветного стекла (рис. 311); одна из них (А) имеет гладкую наружную поверхность; две другие (В и С) шероховатую, матовую. На концы (левые на рисунке) всех трех палочек, пропущенные через отверстия в ширме D, направляют пучок сильного света.

Рис. 311. Полное внутреннее отражение в стеклянных палочках

Палочка А кажется темной, зато на экране Е видно яркое светлое пятно там, куда подходит конец палочки; две другие палочки В и С кажутся освещенными, и пятно на экране у конца палочки С имеет значительно меньшую яркость. В палочке А происходит внутри полное внутреннее отражение, и свет наружу через поверхность палочки не выходит; в палочках с матовой поверхностью свет может выйти наружу».

6. Опыт со струей. 1) Сосуд (высокий) со стеклом и отверстием. 2) Вода. 3) Источник света. 4) Таз.

Опыт со струей аналогичен опыту 5 с палочками. Высокий металлический сосуд (прямоугольного или круглого сечения) имеет в одной стенке внизу стекло (плоское), а в другой стенке — как раз напротив стекла — отверстие, закрытое пробкой или крышкой (рис. 312). Лучи света от проекционного фонаря собирают сквозь стекло Л на отверстие Б (часто вместо стекла А вделывают собирающую линзу, сводящую лучи на отверстие).

Рис. 312. Светящаяся струя

Открыв отверстие, пускают струю воды, попадающую в поставленный на полу таз. Вследствие полного внутреннего отражения струя воды, пока она цела, не дает света в стороны (это можно подтвердить, помещая около струи белый экран), но ярко светится то место в тазу, куда падает струя, а также все те места струи, где она естественно или искусственно (от прикосновения руки) разбивается на части и капли.

Если хотят сделать струю светящей надо воду чуть-чуть замутить флюоресцином или денатуратом. Сложнее, но можно сделать, светящий фонтан, направив струю вертикально вверх.