Unter Wasser Lichtreflexion von Luft in einer Tasse vs. Wasser in einer Tasse

Das ist eine schöne Frage und zeigt ein tiefes Interesse, und ich ermutige Sie, diese Denkweise beizubehalten

Ich habe nur eine lange Antwort für dich, also ertrage es mit mir.

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Die lange Antwort hängt vom Verständnis ab für:

1. Optische Dichte und Lichtgeschwindigkeiten.
2. Lichteinfallswinkel zwischen Medien.

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1. Ein grundlegendes Konzept in der Optik, das als optische Dichte bezeichnet wird

Die optische Dichte ist eine Eigenschaft von transparentem Material (unterscheidet sich von der normalen Dichte) und ist ein Maß dafür, wie schnell Licht in das Material eindringt.

normalerweise gegebenes Symbol$n$.

Warum sollte die Lichtgeschwindigkeit variieren? Lichtverhalten im mikroskopischen Maßstab ist quantisiert, dh Licht hat Bits und Energieanteile, die wie Murmeln umherlaufen. Diese Energie im Gegenzug wird kontrolliert von: (das kommt mir bekannt vor, hoffe ich)

$c = \nu \lambda$, wobei c die Konstante = 3x ist$10^{8}$im Vakuum,$\lambda$ist die Wellenlänge und$\nu$ist die Frequenz. (1)

Nun, was würden diese Energiestückchen tun? Sie interagieren mit anderen Bits, hier genauer: Elektronen.

Die Photonen, die durch ein transparentes Medium gehen, sind wie ein beliebter Typ auf einer Party, der zu diesem Grinsen hallo sagt und High-Fives und High-Fives bekommt, und als er im Hinterhof ist, hat er eine Menge Hände geschüttelt und Körper berührt mit denen auf seinen Wegen UND hat länger gebraucht, um dorthin zu gehen, weil er andauernd anhält, um Hallo zu sagen, anders als ein unsichtbarer Introvertierter, der zwischen der Menge in den Hinterhof geht.

In ähnlicher Weise werden die Elektronen, die auf ihren Wegen gehen, von einem transparenten Material getroffen, sodass sie Teile ihrer Energie austauschen und sie auf ihrem Weg zurückerhalten, wodurch sie langsamer werden.

Wie würde sich das auf die Gleichung (1) auswirken? Es wird nicht. Wir bezeichnen es als

$v = \nu \lambda$,$c > v$

Halten Sie hier an und wechseln Sie zu unserem 2. :

2. Die Engel des Einfalls. Licht, das von einem transparenten Medium zu einem anderen geht, passt seinen Weg gemäß der Gleichung an (deren Beweis länger dauern wird, aber ich habe einige Quellen beigefügt).

(2)

Dies nennen wir die Snell-Gleichung für die Lichtbrechung.

Es hat einen Sonderfall, wenn sich Licht von Medium X zu Medium Y bewegt, wo$n$X >$n$Y.

In diesem Fall kurz erklärt durch ein Bild, das ich gefunden habe:

Uns interessiert der Grenzwinkel, das Licht fällt mit einem größeren Winkel ein, es bricht nicht mehr oder ändert seinen Weg, es reflektiert nur noch im gleichen Medium und geht nicht ins andere. (Totalreflexion.)

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Kombiniere jetzt beides und beantworte endlich deine Frage.

Ich mache zunächst einige Annahmen, die ich nacheinander erläutern werde:

$n$Luft wird gegeben 1

$n$Süßwasser wird mit etwa 1,3 angegeben (mit einigen Abweichungen hier, da dies Poolwasser ist)

$n$von Bechermaterial ist größer als 1 und geringfügig, sehr geringfügig höher als die von Wasser

Mit einem Haftungsausschluss hier: Ich bin mir nicht sicher, in welchem ​​​​Winkel das Licht in jedem Fall einfiel, also werde ich es grob schätzen, wenn ich von dem Gegebenen ausgehe.

Licht in diesem Fall [A] ging: Wasser (Quelle) > Bechermaterial > Wasser im Würfel.

Davon sind wir ausgegangen$n$Das Bechermaterial ist größer als das Wasser, sodass der Einfallswinkel hier keine Rolle spielt. In diesem Fall haben Sie kein TIR erlebt, daher folgte Licht einfach dem Schneckengesetz. Ich nehme an, die Brechung ist zu gering, um bemerkt zu werden.

Fall [B] : 1. Becher wie Fall A

2. Becher ist leer, Pfad ist: Wasser (Quelle) > Bechermaterial > Luft > ..... sollte mehr Bechermaterial sein, aber es ist: mehr Luft!

Dies hier ist ein TIR-Fall. Das Licht ging vom Material in die Luft, ging ein wenig in der Luft und traf auf die Bechergrenze ... in einem Winkel, der größer als der kritische Winkel ist, also ging es einfach zurück ... reflektiert, wie Sie sagten.

Schön, nicht wahr?