Riflessione Totale

Un'onda elettromagnetica, e quindi anche la luce, quando incontra una superficie di separazione tra due mezzi, in parte prosegue il suo percorso attraversando la superficie di separazione e subendo una deviazione (rifrazione), in parte viene riflessa dalla superficie di separazione.

In particolare, secondo la legge della riflessione, detto θ_i l'angolo di incidenza del raggio luminoso e detto θ_r l'angolo formato dal raggio riflesso con la normale alla superficie, si ha:

Mentre, secondo la legge di Snell sulla rifrazione, detto θ_t l'angolo formato dal raggio rifratto con la normale alla superficie, e detti n₁ e n₂ gli indici di rifrazione dei 2 mezzi si ha:

Nel passaggio da un mezzo più denso ad uno meno denso (quindi con n₁ > n₂), e per un determinato valore dell'angolo θ_i, detto angolo critico, accade che l'angolo θ_t raggiunge il valore di π/2 e quindi la parte di onda rifratta non passa più nel secondo mezzo, ma si unisce alla componente riflessa nel primo mezzo. Questo fenomeno si chiama riflessione totale e si mantiene per tutti valori i di θ_i maggiori dell'angolo critico:

Relazione che si ottiene facilmente dalla legge di Snell imponendo sen(θ_t) = 1, in quanto in quelle condizioni θ_t vale π/2.

L'applet interattiva sottostante mostra sia la situazione con il raggio che attraversa nel verso aria/vetro, quindi con n₁ < n₂, sia la situazione che genera la riflessione totale con il raggio che attraversa nel verso opposto (vetro/aria), quindi con n₁ > n₂. Quest'ultimo caso, senz'altro più interessante, viene mostrato agendo sul pulsante in basso a destra.
Attenzione: nell'applet i due indici di rifrazione sono indicati entrambi con n, mentre nel testo con n₁ si intende il primo mezzo attraversato e con n₂ si intende il secondo mezzo.

Il cursore in alto a sinistra regola l'angolo di incidenza della luce L'indice di rifrazione dell'aria è posto uguale a 1 L'indice di rifrazione del vetro si regola con il cursore in basso a sinistra Il verso della luce (aria-vetro o viceversa) si seleziona con il pulsante in basso a destra

Nella costruzione delle fibre ottiche viene sfruttata la riflessione totale perchè si utilizzano fibre di vetro di differente indice di rifrazione per il nucleo e per il mantello. Si metta in relazione il cono di accettazione della figura sottostante con l'angolo di incidenza che provoca la riflessione totale nell'applet precedente.