Миражи в пустыне, блеск драгоценных камней, передача сигналов по оптоволоконному кабелю и работа перископа — всё это было бы невозможно без полного внутреннего отражения. Увидеть принцип действия этого оптического явления можно с помощью прямой трёхгранной призмы.
В разных средах свет распространяется с разной скоростью. Поэтому при переходе из одной среды в другую свет, падающий не перпендикулярно поверхности, преломляется — то есть «поворачивает», меняет направление.
Если свет переходит из среды, где скорость его распространения меньше — например, из воды в воздух, — часть луча преломляется, а часть отражается от границы раздела сред. Это явление называют внутренним отражением. Как только угол падения превышает критический угол, который зависит от соотношения показателей преломления сред, луч не преломляется и не переходит в другую среду, а полностью отражается от границы раздела. Это называется полным внутренним отражением.
Полное внутреннее отражение можно наблюдать, глядя из-под воды на её поверхность: с определённого ракурса вместо объектов, находящихся в воздухе, видно только зеркальное отражение рыб и камней на дне. Этим же явлением объясняются миражи. И блеск правильно огранённых драгоценных камней: попавший внутрь свет полностью отражается от многочисленных боковых граней и выходит только через верхние грани. Полное внутреннее отражение легло также в основу оптоволоконных световодов, то есть устройств для направленной передачи света — от декоративных светильников до хирургических инструментов и высокоскоростных систем распространения информации.
Полное внутреннее отражение используется во множестве оптических приборов. Оно помогает изменить направление лучей в бинокле или разглядеть что-то из укрытия за пределами прямой видимости, как в перископе. Изначально в перископе вместо призм были зеркала. Но их отражающее покрытие быстро портилось из-за сырости, поэтому на подводных лодках, например, зеркальные перископы быстро приходили в негодность. И для изготовления перископов стали применять призмы — прозрачные стеклянные многогранники. Их грани часто серебрят, чтобы увеличить количество отражаемого света. хирургических инструментов и высокоскоростных систем распространения информации.
Призма из коллекции Политехнического музея — прямая трёхгранная. Металлическая оправа закрывает верхнюю и нижнюю грани, а также боковую грань-гипотенузу. Когда лучи падают перпендикулярно прозрачной боковой грани-катету и попадают на грань-гипотенузу, она отражает их на 90 градусов. Такие призмы называют поворотными — именно с такими и делают перископы.
Такие трёхгранные призмы применяют в биноклях, но без металлической оправы и в другой конфигурации. Если лучи падают перпендикулярно гипотенузе, после полного внутреннего отражения от катетов верхний луч оказывается внизу, а нижний вверху. Из-за этого изображение переворачивается. Такие призмы называют оборотными, или призмами Порро — в честь итальянского инженера Игнацио Порро. Он в 1850 году предложил укороченный вариант зрительной трубы — с оборотной призмой. Перевернуть изображение в бинокле можно и с помощью линз, но при этом устройство будет гораздо длиннее.
Призма из коллекции Политехнического музея в начале ХХ века использовалась для демонстрации опытов по геометрической оптике на публичных лекциях в Отделе прикладной физики Политехнического музея.
Предмет можно увидеть на выставке «На языке правил и исключений. Наука и искусство», которая работает до 2 июля. Это совместный проект Еврейского музея и центра толерантности и Политехнического музея.
В проекте Политехнического музея по созданию онлайн-коллекции «Штуки, механизмы и агрегаты Политеха» появляется всё больше оцифрованных экспонатов. Увидеть эти предметы и узнать историю их создания можно по ссылке, в разделе «Коллекция». Проект реализуется при поддержке мецената Руслана Горюхина.