5.3 TOTAL INTERNAL REFLECTION (PANTULAN DALAM PENUH)i < c i = c i > c

Light ray is refracted & a small part of light ray is reflected inside the glass.

Sinar cahaya dibiaskan keluar & sebahagian kecil dipantulkan dlm kaca.

Light ray is refracted along glass-air boundary.

Sinar cahaya dibiaskan pada sempadan kaca-udara.

No light ray is refracted & all light ray is reflected inside the glass. (Total internal reflection)Tiada sinar cahaya dibiaskan keluar & semua sinar dipantulkan dlm kaca. (Pantulan dalam penuh)

Critical angle ( Sudut genting ), c

Critical angle, c is defined as the angle of incidence (in denser medium) when the angle of refraction (in less dense medium) is 90°.

Sudut genting, c ditakrifkan sbg sudut tuju a/b sudut pembiasan sama dgn 90°.

Total Internal Reflection ( Pantulan dlm penuh ) • When the angle of incidence, i is increased greater than the critical angle, c (i > c):

(i) no refraction(ii) all the light is totally reflected in the glass.

• This phenomenon is called total internal reflection.

• A/b sudut tuju, i lebih drpd sudut genting, c (i > c): (i) Tiada cahaya terbias keluar (ii) Semua cahaya dipantul balik

• Fenomena ini dikenali sbg pantulan dalam penuh.

Total internal reflection is the complete reflection of light ray when the angle of incidence in a denser medium exceeds a critical angle.Pantulan dalam penuh adalah sinar cahaya dipantul balik sepenuhnya a/b sudut tuju dlm medium lebih tumpat melebihi sudut genting.

Two conditions for total internal reflection to occur ( Dua syarat utk pantulan dalam penuh berlaku )

• Light ray enters from a denser medium to a less dense medium

• Angle of incidence, i is greater than critical angle, c of the medium.

• Sinar cahaya merambat dr medium yg lebih tumpat ke medium yg lebih tumpat.

• Sudut tuju lebih besar drpd sudut genting bagi dua medium yg berkenaan.

Relationship between refractive index, n and critical angle, c ( Hubungan antara sudut genting dgn indeks pembiasan )

Refractive index, n = sin isin r

n = sin 90 °

sin c

n = 1

sin c

Exercise:1. The critical angle of water is 49°. Determine the refractive index of water.

2. Diagram shows three rays, X, Y and Z, incident at the midpoint of AB of a semi circular glass block of critical angle 42°. Given that .Draw the direction of rays X, Y and Z from O and label them as X’, Y’ and Z’ respectively.3. Predict what will happen to the incident light ray in the

diagram. Support your answer with calculation.[Refractive index of water = 1.3]

4. The diagram shows a light ray entering a glass prism.[Refractive index of glass = 1.51]

(a) Determine the critical angle of the glass.(b) Draw the light ray after it passes through point P until

the direction of the light ray unchanged.

5. The diagram shows a light ray traveling from air into a glass prism. What is the critical angle of the glass?

Natural phenomena involving total internal reflection 1. Mirage (Logamaya) A/b seorang pemandu memandu kereta dlm cuaca yg panas, dia terlihat lopak air di atas

p’mukaan jln. Lopak itu hilang sebaik shj kereta itu m’hampirinya. Sebenarnya pemandu tsbt m’lihat pembiasan yg berlaku di langit.

Hal ini b’laku a/b cahaya mll lapisan udara pd suhu yg b’beza. Matahari memanaskan p’mukaan jln, yg kemudiannya memanaskan lapisan udara di atasnya. Lapisan udara yg hampir dgn tanah akan m’jadi lebih panas dan kurang tumpat manakala lapisan udara yg lebih tinggi adalah lebih sejuk dan tumpat.

Indeks pembiasan udara b’gantung pd ketumpatannya. Lapisan udara yg paling rendah dan panas mpyi indeks pembiasan yg lebih rendah berbanding lapisan udara di bahagian atasnya.

Sinar cahaya dr langit dibiaskan dgn lapisan udara yg hampir dgn p’mukaan jln pd sudut tuju yg lebih besar drpd sudut genting. Hal ini menyebabkan pantulan dlm penuh berlaku dan sinar cahaya terpantul ke atas.

Sekiranya mata pemerhati berada pd kedudukan yg betul, pemerhati tsbt dpt melihat lopak air (imej pantulan langit) seolah-olah berada di atas permukaan jln. Fenomena ini dikenali sbg logamaya.

2. Rainbow (Pelangi) • Pelangi t’bentuk mll pembiasan, penyebaran dan pantulan dlm penuh cahaya dlm titisan air.

• A/b cahaya matahari menyinari titisan air hujan, cahaya matahari dibiaskan dan disebarkan kpd pelbagai komponen warna di dlm titisan air tsbt. Warna tsbt berubah dr ungu di bawah dan merah di atas.

• Sinar cahaya yg m’bentuk pelangi itu pd mulanya dibiaskan dan kemudiannya disebarkan dlm titisan air. Akhirnya, sinar cahaya dibiaskan dan disebarkan sekali lagi disebabkan oleh titisan air. Hal ini menyebabkan cahaya disebarkan kpd spektrum warna.

∠NOZ=30∘ ,∠NOY=42∘ ,∠NOX=60∘

Applications of total internal reflection (Aplikasi pantulan dlm penuh)1. Pantulan dlm penuh dpt b’laku di dlm prisma kaca. Suatu prisma kaca dpt b’tindak sbg suatu cermin sempurna jika sinar

cahaya mengenai p’mukaan dlm prisma pd sudut lebih drpd sudut genting kaca (misalnya lebih drpd 42°).

2. Pantulan dlm penuh yg b’laku di dlm prisma boleh digunakan dlm pembinaan beberapa alat optic yg berguna spt periskop dan binocular.

Periskop Binokular

• Periskop t’diri drpd 2 prisma b’sudut tegak yg dipasang pd dua hujung tiub

• Sinar cahaya dr objek menuju scr normal ke sisi prisma atas tanpa dibiaskan.

• Sudut tuju yg dibuat pd p’mukaan ialah 45° dan sudut ini lebih besar drpd sudut genting kaca (42°)

• Pantulan dlm penuh b’laku dan cahaya dipantulkan 90°. Cahaya yg dipantulkan itu merambat scr menegak ke prisma bawah di mana cahaya itu juga mengalami pantulan dlm penuh sebelum masuk ke mata pemerhati.

• Binokular prisma m’gunakan prinsip pantulan dlm penuh di dlm 2 prisma b’sudut tegak yg disusun spt dlm gambar rajah.

• Sinar cahaya drpd objek jauh yg menuju normal ke p’mukaan prisma A akan mengalami pantulan dlm penuh sebyk 2 kali dlm prisma A

• Cahaya itu seterusnya masuk ke dlm prisma B dan mengalami pantulan dlm penuh sebyk 2 kali lagi, sebelum masuk ke dlm mata pemerhati.

• Susunan 2 prisma itu m’bolehkan imej akhir k’lihatan tegak dan tdk songsang sisi.

3. Kilauan berlian Sudut genting untuk berlian dlm udara adalah lebih kurang 24.4°. Ini bermaksud pantulan dlm penuh dpt berlaku dgn mudahnya krn sudut genting adalah kecil. A/b berlian dipotong, permukaan dicondongkan spy dpt menghasilkan pantulan dlmpenuh. Sebarang sinar yg terkena

permukaan dlm berlian pd sudut melebihi 24.4° akan dipantulkan sepenuhnya ke dlm berlian. Sinar ini keluar dr permukaan atas berlian setelah beberapa kali mengalami pantulan dlm penuh cahaya. Ini

menghasilkan kilauan pd berlian. Sudut genting permukaan berlian-air ialah lebih besar dari 24.4° ( c = 33.3°)

45°

45°

45°45°

45°

45°

45°

45°

45°45°

Oleh krn itu, berlian di dlm air tdk akan berkilau spt mana a/b ia di dlm medium udara krn kurang pantulan dlm penuh yg berlaku.

4. Serabut optik (Optical fiber) Cahaya boleh m’rambat mll serabut optik b’dasarkan pantulan dlm penuh. A/b sinar cahaya masuk ke dlm satu hujung serabut optik, pantulan dlm

penuh b’laku berulang-ulang kali sehingga sinar cahaya itu keluar dr hujung yg satu lagi.

(i) Endoskop: sejenis kabel serabut optik yg digunakan oleh doktor utk memeriksa bhgn dlm organ-organ manusia.

(ii) Komunikasi mll serabut optik: kabel serabut optik digunakan utk m’ganti kabel dawai kuprum dlm komunikasi .

Kebaikan kabel serabut optik1. Kabel serabut optik adalah lebih ringan dan kecil.2. Bebas drpd gangguan elektrik.3. Isyarat adalah selamat dan tdk hilang.4. Dpt m’bawa byk maklumat serentak.5. Boleh m’bawa data komunikasi dgn cepat dan tepat spt dlm ATM (Automatic Teller Machine), EPS (Easy Pay

System), faksimile, sidang video, internet dsb.

Exercise:1. Complete the path of ray in the diagram below and explain how a mirage is formed.

2. Completing the ray diagram below, to show how a periscope works: (critical angle of glass = 42°)