6.2 - Pantulan Dalam Penuh

Sudut Genting dan Syarat

• Pantulan dalam penuh berlaku apabila cahaya dipantulkan sepenuhnya kembali ke medium asalnya.
• Kedua-dua syarat mesti dipenuhi: cahaya merambat dari medium berketumpatan optik tinggi ke rendah, dan sudut tuju melebihi sudut genting, $i>c$.
• Sudut genting, $c$, ialah sudut tuju dalam medium lebih tumpat optik apabila sudut biasan dalam medium kurang tumpat optik ialah $90^{\circ }$.

Sudut tuju	Perlakuan pada sempadan kaca–udara
$i<c$	Sinar dibiaskan menjauhi garis normal; terdapat sinar pantulan yang lemah.
$i=c$	Sinar biasan merambat sepanjang sempadan; sinar pantulan lebih terang.
$i>c$	Tiada sinar biasan; pantulan dalam penuh berlaku.

• Pada sudut genting, Hukum Snell memberikan $n_1\sin c=n_2\sin 90^{\circ }$. Bagi medium yang dikelilingi udara, $n_2=1$:

• Indeks biasan lebih tinggi memberikan sudut genting lebih kecil. Bagi intan, $n=2.42$ memberikan $c=24.4^{\circ }$.

Fenomena Semula Jadi dan Panduan Cahaya

• Pelangi: Cahaya matahari mengalami pembiasan dan penyebaran kepada warna-warna apabila memasuki titisan air, mengalami pantulan dalaman, kemudian pembiasan dan penyebaran sekali lagi apabila keluar. Pemerhati melihat warna-warna yang terpisah.
• Logamaya: Udara berhampiran jalan panas lebih panas dan kurang tumpat optik daripada udara di atasnya. Cahaya dari awan dibiaskan beransur-ansur menjauhi garis normal ke arah lapisan lebih panas. Apabila sudut tuju melebihi sudut genting, pantulan dalam penuh berlaku. Cahaya yang kembali dibiaskan mendekati garis normal dan sampai ke pemerhati, menghasilkan imej lopak air pada jalan.
• Aliran air: Pantulan dalam penuh berulang kali memandu alur laser sepanjang aliran hingga ke hujungnya, termasuk melalui lintasan melengkung. Minyak mempunyai indeks biasan lebih tinggi dan sudut genting lebih kecil daripada air; aliran minyak yang ditunjukkan menghasilkan lebih banyak pantulan dalaman.
• Lampu hiasan boleh menggunakan pantulan dalam penuh untuk memandu cahaya.

Aplikasi

Aplikasi	Prinsip dan kegunaan
Periskop berprisma	Dua prisma bersudut tegak membolehkan objek di sebalik penghalang dilihat. Kemasukan secara normal tidak membengkokkan sinar; sudut tuju $45^{\circ }$ melebihi sudut genting prisma $42^{\circ }$. Dua pantulan dalaman mengarahkan cahaya ke pemerhati. Imej tegak dan sama saiz dengan objek.
Gentian optik	Kaca atau plastik tulen membentuk teras berindeks biasan tinggi yang dikelilingi penyalut berindeks biasan rendah. Pantulan dalam penuh berulang kali memandu isyarat cahaya melalui teras, membolehkan penghantaran pantas tanpa gangguan isyarat elektrik. Digunakan dalam telekomunikasi, endoskop perubatan dan pemeriksaan mesin kompleks.
Pemantul mata jalan	Sinar lampu kereta mengalami pantulan dalam penuh pada belakang pemantul dan kembali ke arah pengguna jalan raya, meningkatkan penglihatan pada waktu malam.

Contoh Pengiraan

• Prisma dengan $n=1.49$: $c={\sin }^{-1}(1/1.49)=42.2^{\circ }$. Pada setiap sudut tuju $45^{\circ }$ yang ditunjukkan, $i>c$, maka sinar dipantulkan secara dalaman; sinar keluar dari permukaan akhir secara normal.
• Gentian optik dengan $n=1.51$: Sinar yang masuk dari udara pada $45^{\circ }$ dibiaskan mendekati garis normal:

• Sinar mengalami pantulan dalam penuh berulang kali dalam gentian dan dibiaskan menjauhi garis normal apabila keluar ke udara. Ketulenan optik tinggi memastikan sudut genting konsisten sepanjang gentian.