Barne islapen oso

Barne islapen osoa fenomeno optikoa da, non uhinak ingurune batetik besterako (adibidez, uretik airera) elkargunera iristen diren, eta bigarren ingurunera igaro beharrean lehen ingurunera guztiz islatzen dira. Bigarren inguruneak lehenengoak baino uhin-abiadura handiagoa (errefrakzio indize txikiagoa) duenean eta eraso-angelua nahikoa zeihar denean gertatzen da. Adibidez, uraren gainazala azpitik zeiharki begiratuz gero, gainazalean uretan dagoenaren islapen argia ikus dezakegu.

Barne islapen osoa, ez da uhin elektromagnetikoetan soilik gertatzen. Beste uhin mota batzuek ere barne islapen osoa jasan dezakete, hala nola, soinuak edo ur uhinek. Uhinak izpi estu bat sortzeko gai badira, islapena uhin bezala deskribatu beharrean, izpi modura deskribatzen da; ezaugarriak izpiaren norabidearekiko independenteak diren inguruneetan, airean, uran edo beira, adibidez, izpiak uhin frontearekiko perpendikularrak dira.

Islapena errefrakzio partzial batekin batera gertatzen da gehienetan. Uhinak hedapen abiadura txikiagoko ingurune batetik (islapen indize handiagoa) hedapen handiagoko ingurune batera igarotzean (adb. uretik airera) errefrakzio angelua eraso-angelua baino handiagoa da. Eraso-angelua atalase batera hurbildu ahala, angelu kritikoa, errefrakzio angelua 90 º-ra hurbiltzen da, ondorioz errefraktatutako izpia elkargunearekiko paralelo bilakatzen da. Hortik aurrera, eraso-angelua angelu kritikoa baino gehiago hazi ahala, errefrakzioa eman ahal izateko baldintzak betetzea ezinezkoa bilakatzen da eta, ondorioz izpia guztiz islatuko da, islapen osoa emanez. Argi ikusgarrirako angelu kritikoa 49º-koa da uretatik airera igarotzerakoan, eta 42º-koa beiratik airera igarotzerakoan.

TIR (barne islapen osoa) mekanismoaren xehetasunek fenomeno sotilagoak sortzen dituzte. Islapen osoak, definizioz, ez du indar jario jarraiturik bi hedabideen arteko elkargunean, kanpoko elkarguneak uhin iheskor deritzona darama. Uhin iheskorra elkargunean zehar hedatzen da, hedatu ahala esponentzialki txikitzen den anplitudearekin. Islapen osoa, osoa da kanpo ingurunea galera gabekoa (guztiz gardena), jarraia eta amaigabea bada, baina nabarmen gutxiago izan daiteke uhin iheskorra kanpo baliabide galtzaile batek xurgatzen badu edo kanponko elkargunearen kanpo mugak edo elkargune horretan txertatutako objetuek desbideratzen badute. Hedabide garbien arteko islapen partzialean ez bezala, barne islapen osoa fase aldaketa ez-arrunt (ez bakarrik 0 eta 180º) batekin batera dator polarizazio osagai bakoitzerako (eraso-angeluarekiko perpendikularra eta paraleloa), eta aldaerak eraso-angeluarekin aldatzen dira. Augustin-Jean Fresele-k 1823an egindako efektu honen azalpena argiaren uhin-teoriaren aldeko ebidentziari gehitu zitzaion.

Fresnelen asmakuntzak, Fresnel erromboak, fase aldaketak erabiltzen ditu polarizazioa aldatzeko. Barne islapen osoaren eraginkortasuna zuntz optiokoek ustiatzen dute (telekomunikazio kableetan eta irudiz eratutako fibroskopioetan erabiltzen dira), eta prisma islatzaileek, hala nola, sabai prismek monokuloentzat eta prismatikoentzat.

Deskribapen optikoa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Barne islapen osoa edozein uhin-motarekin gerta daitekeen arren, hots, mikrouhinak^[1] eta soinu-uhinak^[2] barne, ezagunena uhin arinen kasua da.

Kristal arruntez edo kristal akrilikoz osatutako bloke erdi zilindriko bat erabiliz argi islapen osoa froga daiteke. Irudian argi izpi estu bat erradialki barnera proiektatzen dela ikus dezakegu. Kristalaren zeharkako sekzio erdizirkularrak izpia aire/kristal gainazal kurbatuaren atalarekiko perpendikular ailegatzea ahalbidetzen du, eta hortik zuzenean gainazalaren zati lauarekiko, nahiz eta zati lauarekiko eraso-angelua aldatu.

Izpia kristal/aire elkargunera heltzen den tokian, izpiaren eta gainazalaren errainuaren arteko angeluari, eraso-angelu^[3] deritzo. Angelu hau nahiko txikia bada, izpia zati batean islatu egiten da, baina batez ere transmititu, eta transmititutako zatia normaletik kanpo errefraktatzen da, era, beraz, errefrakzio angelua eraso-angelua baino handiagoa da. Dei diezaiogun eraso-angeluari θi eta errefrakzio angeluari θt. Eraso-angelua hazi eta angelu kritikora hurbildu ahala, θc edo θcr, errefrakzio angelua 90º-ra hurbiltzen da, eta errefraktatutako izpia ahuldu egiten da argiagoa^[4] bihurtzen den bitartean. Eraso-angelua angelu kritikoa baino handiagoa denean, errefraktatutako angelua desagertu egiten da, islatutako angelua bakarrik mantenduz. Hau gertatzen denean, eraso-angeluaren energia osoa islatu egiten da, eta honi, barne-islapen osoa deritzo. Laburbilduz:

θ_i < θ_c denean izpia banatu egingo da, partzialki islatuz eta partzialki errefraktatuz.
θ_i > θ_c denean izpiak barne-islapen osoa jasango du, beraz, izpia ez da errefraktatuko.

Eguneroko adibideak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Akuario baten ondoan egonda, ur maila baino beheragotik uraren gainazala begiratuz gero, litekeena arrainak edo urpeko objetuak ur azalean islatuta ikustea da. Irudi islatuaren argitasuna — ikuspegi "zuzena" bezain argia — harrigarria izan daiteke.

Antzeko efektua ikus daiteke ur azpian igeri egiten den bitartean begiak irekiz gero. Ura bare badago, angelu kritikotik kanpoko gainazala (bertikaletik neurtua) ispilu antzeko bat dirudi, zinetan beheko objektuak islatzen diren. Ur gaineko eremua ezin da ikusi gainalde batean izan ezik, non ikuspegiaren eremu hemisferikoari Snellen leihoa deritzon eremu moniko batean konprimaturik dagoen, zeinaren angeluaren diametroa angelu kritikoaren bikoitza den^[5]. Uraren gaineko ikuspegi-eremua teorikoki 180º-koa da, baina txikiagoa dirudi, izan ere, ortzimugatik hurbilago ikusten dugun heinean, dimentsio bertikala konprimatuago dago errefrakzioaren ondorioz.

Irudian adibidez, igerileku baten hondotik gertu ateratako argazkia ikus dezakegu. Eskuineko hormako marra horizontal zabal bat dirudiena, laranja-ilara baten beheko ertzak eta haien islak osatzen dute, eta horrek uraren maila markatzen du. Igerilariak ur gainazala nahastu du, bere islapenaren beheko erdia asaldatuz eta eskailera desitxuratuz. Hala ere, azalera gehiena bare dago oraindik, igerilekuaren hondoaren islapen garbia emanez. Ur gaineko tartea ez da ageri markoaren goialdean izan ezik, non eskilararen eskudelak Snellen leihoaren ertzetik gora ikus daitezkeen.

Erreferentziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

↑ R.P. Feynman, R.B. Leighton, and M. Sands, 1963–2013, The Feynman Lectures on Physics, California Institute of Technology, Volume II, § 33-6.
↑ Antich, Peter P.; Anderson, Jon A.; Ashman, Richard B.; Dowdey, James E.; Gonzales, Jerome; Murry, Robert C.; Zerwekh, Joseph E.; Pak, Charles Y. C. (2009). "Measurement of mechanical properties of bone material in vitro by ultrasound reflection: Methodology and comparison with ultrasound transmission". Journal of Bone and Mineral Research. 6 (4): 417–426.
↑ Jenkins & White, 1976, p. 11.
↑ Jenkins & White, 1976, p. 527. (The refracted beam becomes fainter in terms of total power, but not necessarily in terms of visibility, because the beam also becomes narrower as it becomes more nearly tangential.)
↑ Cf. D.K. Lynch (1 February 2015), "Snell's window in wavy water", Applied Optics, 54 (4): B8–B11, doi:10.1364/AO.54.0000B8.

Ikus, gainera[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Kanpo estekak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Mr. Mangiacapre, "Fluorescence in a Liquid" (video, 1m28s), uploaded 13 March 2012. (Fluorescence and TIR of a violet laser beam in quinine water.)
PhysicsatUVM, "Frustrated Total Internal Reflection" (video, 37s), uploaded 21 November 2011. ("A laser beam undergoes total internal reflection in a fogged piece of plexiglass...")
SMUPhysics, "Internal Reflection" (video, 12s), uploaded 20 May 2010. (Transition from refraction through critical angle to TIR in a 45°-90°-45° prism.)

Datuak: Q234943
Multimedia: Total internal reflection / Q234943

[1] R.P. Feynman, R.B. Leighton, and M. Sands, 1963–2013, The Feynman Lectures on Physics, California Institute of Technology, Volume II, § 33-6.

[2] Antich, Peter P.; Anderson, Jon A.; Ashman, Richard B.; Dowdey, James E.; Gonzales, Jerome; Murry, Robert C.; Zerwekh, Joseph E.; Pak, Charles Y. C. (2009). "Measurement of mechanical properties of bone material in vitro by ultrasound reflection: Methodology and comparison with ultrasound transmission". Journal of Bone and Mineral Research. 6 (4): 417–426.

[3] Jenkins & White, 1976, p. 11.

[4] Jenkins & White, 1976, p. 527. (The refracted beam becomes fainter in terms of total power, but not necessarily in terms of visibility, because the beam also becomes narrower as it becomes more nearly tangential.)

[5] Cf. D.K. Lynch (1 February 2015), "Snell's window in wavy water", Applied Optics, 54 (4): B8–B11, doi:10.1364/AO.54.0000B8.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]