Reflexionen in einem Glas Wasser

Mir ist aufgefallen, dass man, wenn man ein volles Glas Wasser nimmt und von oben durch das Wasser schaut, nicht durch die Glasseiten sehen kann – stattdessen sieht man eine Reflexion. Ich habe es mit einem Laserpointer versucht und der Fall war der gleiche, der Strahl wurde nur von der Wasserglas-Grenzfläche reflektiert. Auch bei Betrachtung aus verschiedenen Blickwinkeln ist der Fall derselbe. Da kein Wasser im Glas ist, kann man gut hindurchsehen.

Warum ist das?

Ich dachte vielleicht TIR , aber dann N Wasser ≈ 1.3 Und N Glas ≈ 1.5 . Das Licht geht also von einem Material mit niedrigerem zu einem hohen Brechungsindex , das kein TIR geben sollte.

Eine kleine Recherche (Wikipedia) deutet darauf hin, dass Sie frustrierte TIR bekommen können, wenn Sie das Glas fest greifen, sodass Photonen aus dem Inneren des Wasserglases durchtunneln können, von der Haut reflektiert werden und dann zurücktunneln, um zu Ihrem Auge zu gelangen (wieder denke ich das ist richtig).

Ich frage mich jedoch, welcher physikalische Mechanismus verhindert, dass Licht aus einem Glas Wasser entweicht?

Ich würde vermuten, dass es sich um eine Totalreflexion an der Glas-Luft-Grenze handelt

Antworten (1)

Die Lichtstrahlen werden "gerade", näher an der Normalenrichtung der Grenzebene, wenn sie von unten kommen N (Wasser, 1.3 ) zu höher N (Glas, 1.5 ).

Die Photonen, die von den Objekten, die Sie in der Reflexion sehen, gesendet werden, erreichen jedoch auch die Glas-Luft-Grenze, wie John Rennie betonte, und wenn sie fortfahren würden, würden sie von einer höheren Ebene reisen N (Glas, 1.5 ) zu einem niedrigeren N (Luft, 1 ). Für Winkel (zwischen der Normalenrichtung und der Richtung des Lichtstrahls) größer als der Grenzwinkel

θ C = arcsin ⁡ ( 1.00 / 1,50 ) = 41.8 ∘
Die Photonen können nicht durchkommen und werden von der Glas-Luft-Grenze zurück zum Glas reflektiert und einige von ihnen werden es zum Wasser schaffen (es kann auch eine totale interne Reflexion geben, wenn man von Glas zu Wasser geht! der kritische Winkel Ist arcsin ⁡ ( 1.3 / 1.5 ) = 60.1 ∘ ). Diese Photonen, die durch das Wasser zurück zu Ihrem Auge gelangen (der kritische Wasser-Luft-Winkel ist arcsin ⁡ ( 1 / 1.3 ) = 50.3 ∘ ) wird das reflektierte Bild des Objekts übermitteln, das das von uns verfolgte Licht emittiert hat.

Die letzte Grenzfläche, der Übergang von Wasser zu Luft, ist auch der Grund, warum Sie nicht durch die Seiten des Glases sehen: Die Photonen, die aus diesen Richtungen kommen (die es Ihnen ermöglichen würden, durch die Seitenwände zu sehen), werden (nach unten) reflektiert ) zurück ins Wasser von der horizontalen Wasseroberfläche durch TIR.

Danke, das macht Sinn. Dies mag wie eine naive Zusatzfrage erscheinen, aber wie funktioniert dann ein Spiegel in Bezug auf Schnittstelleninteraktionen? Die meisten Online-Quellen sagen einfach, dass es sich um ein stark reflektierendes Material handelt.
Ein metallischer Spiegel ist ein Leiter, also setzt er das elektrische Feld auf Null - aufgrund des Ohmschen Gesetzes, J = σ E , eine Nicht-Null E würde sofort Ströme erzeugen, die die Ladungsverteilung kompensieren würden. Mit dem E → = 0 Randbedingungen am Spiegel (und mit einigen verwandten Randbedingungen für die Magnetfelder) sind die einzigen zulässigen Wellen diejenigen, die im Metall verschwinden, aber auf der Seite der Luft reflektiert werden.
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