Reflejos en un vaso de agua

He notado que si tomas un vaso lleno de agua y miras desde arriba, a través del agua, no puedes ver a través de los lados del vaso; en cambio, ves un reflejo. Probé con un puntero láser y el caso era el mismo, el rayo solo se reflejaba en la interfaz del vaso de agua. Incluso cuando se mira desde una variedad de ángulos, el caso es el mismo. Sin agua en el vaso, puedes ver bien a través de él.

¿Por qué es esto?

Pensé que tal vez TIR , pero luego norte agua ≈ 1.3 y norte vaso ≈ 1.5 . Entonces, la luz pasa de un material de índice de refracción más bajo a uno más alto , lo que no debería dar TIR.

Un poco de investigación (Wikipedia) sugiere que puede obtener TIR frustrado al agarrar con fuerza el vaso, por lo que los fotones pueden atravesar desde el interior del vaso de agua, reflejarse en la piel y luego volver a hacer un túnel para llegar a su ojo (nuevamente, creo que esto es correcto).

Sin embargo, me pregunto qué mecanismo físico evita que la luz se escape de un vaso de agua.

Supongo que es una reflexión interna total en el límite entre el vidrio y el aire.

Respuestas (1)

Los rayos de luz se vuelven "más rectos", más cerca de la dirección normal del plano límite, cuando viajan desde la parte inferior norte (agua, 1.3 ) a mayor norte (vaso, 1.5 ).

Sin embargo, los fotones enviados por los objetos que ves en el reflejo también alcanzan el límite entre el vidrio y el aire, como señaló John Rennie, y si continuaran, viajarían desde un lugar más alto. norte (vaso, 1.5 ) a una menor norte (aire, 1 ). Para ángulos (entre la dirección normal y la dirección del rayo de luz) mayores que el ángulo crítico

θ C = arcsen ⁡ ( 1.00 / 1.50 ) = 41.8 ∘
los fotones no pueden pasar y se reflejarán desde el límite entre el vidrio y el aire de regreso al vidrio y algunos de ellos llegarán al agua (¡también puede haber una reflexión interna total al pasar del vidrio al agua! el ángulo crítico es arcsen ⁡ ( 1.3 / 1.5 ) = 60.1 ∘ ). Estos fotones que atraviesan el agua de regreso a su ojo (el ángulo crítico agua-aire es arcsen ⁡ ( 1 / 1.3 ) = 50.3 ∘ ) comunicará la imagen reflejada del objeto que emitía la luz que estábamos rastreando.

La última interfaz, la transición agua-aire, es también la razón por la que no se ve a través de los lados del vidrio: los fotones que van desde esas direcciones (que le permitirían ver a través de las paredes laterales) se reflejan (hacia abajo ) de regreso al agua desde la superficie horizontal del agua por TIR.

Gracias, eso tiene sentido. Esto puede parecer una pregunta adicional ingenua, pero ¿cómo funciona entonces un espejo en términos de interacciones de interfaz? La mayoría de las fuentes en línea simplemente dicen que es un material altamente reflectante.
Un espejo metálico es un conductor, por lo que establece el campo eléctrico en cero, debido a la ley de Ohm, j = σ mi , distinto de cero mi inmediatamente crearía corrientes que compensarían la distribución de cargas. Con el mi → = 0 condiciones de contorno en el espejo (y con algunas condiciones de contorno relacionadas para los campos magnéticos), las únicas ondas permitidas son aquellas que desaparecen dentro del metal pero se reflejan en el lado del aire.
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