Chapter 1 · Section 7Textbook pages 20–22

Fibres, Mirages, Reflectors and Periscopes പൂർണ്ണാന്തര പ്രതിപതനം പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്ന സന്ദർഭങ്ങൾ

Total internal reflection is not just a laboratory trick. It carries the internet to your home through glass threads, lets a doctor look inside a stomach, makes a cycle reflector glow in a car's headlights, gives a periscope a bright image – and paints a fake pool of water on a hot road. On this page you test each one in a virtual lab.

📖 What you need

Total internal reflection പൂർണ്ണാന്തര പ്രതിപതനം: only from a denser to a rarer medium, only when the angle of incidence is greater than the critical angle ക്രിട്ടിക്കൽ കോൺ; glass–air critical angle 42° – page 10.
A ray falling along the normal is not refracted – page 7. Air near a hot surface is optically rarer – page 9.
Right-angled prisms (45°–45°–90°) – page 4.

1. Optical fibres – Fig 1.20, 1.24

അലങ്കാരവിളക്കിലെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളുടെ ഒരഗ്രം അനുയോജ്യമായ ഒരു പ്രകാശ സ്രോതസ്സുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ഈ സ്രോതസ്സിൽ നിന്നുള്ള പ്രകാശരശ്മികൾ ഫൈബറുകളിലൂടെ സഞ്ചരിക്കുമ്പോൾ ക്രിട്ടിക്കൽ കോണിനേക്കാൾ കൂടിയ പതനകോണുകളിലാണ് വശങ്ങളിൽ പതിക്കുന്നത്. അതുകൊണ്ട് തുടർച്ചയായി പൂർണ്ണാന്തര പ്രതിപതനം സംഭവിച്ച് രണ്ടാമത്തെ അഗ്രത്തുകൂടി മാത്രം പ്രകാശം പുറത്തേക്ക് വരുന്നു.

One end of each optical fibre ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബർ in a decorative lamp is joined to a light source. Rays from the source travelling through a fibre strike its walls at angles of incidence greater than the critical angle, so they are totally internally reflected again and again and come out only at the other end. A fibre has a glass core ആന്തരകോർ, covered by a cladding ക്ലാഡിങ് of slightly lower refractive index, and an outer jacket ബാഹ്യകവചം for protection (Fig 1.24).

🧪 Fibre lab – bend the fibre and watch the light

bend radius px (small = sharp bend) ray angle at the entry °

Drawing values: core n = 1.50, cladding n = 1.30, so the critical angle at the core–cladding wall is about 60°. On a gentle bend every hit is above 60° and all the light reaches the far end. Bend too sharply and the ray meets the outer wall less obliquely – below the critical angle – and leaks out (that is why fibre cables must not be kinked).

🏅 Charles K. Kao – Nobel Prize in Physics 2009 (textbook page 20)

ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളിലൂടെയുള്ള പ്രകാശ പ്രേഷണവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട നേട്ടങ്ങൾക്കാണ് 2009 ൽ ഭൗതിക ശാസ്ത്രത്തിനുള്ള നൊബേൽ സമ്മാനം ചാൾസ് കെ കാവോയ്ക്ക് ലഭിച്ചത്.

Charles K. Kao received the 2009 Nobel Prize in Physics for his achievements concerning the transmission of light in optical fibres. In 1966 he showed that the light loss in fibres came from impurities in the glass, and that very pure glass could carry light signals for many kilometres – the idea behind today's internet cables. He is often called the "father of fibre-optic communication".

Optical fibres in communication (page 21–22)

ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളുടെ കണ്ടുപിടിത്തം വാർത്താവിനിമയ രംഗത്ത് വിപ്ലവകരമായ മാറ്റങ്ങളാണ് ഉണ്ടാക്കിയത്. … അനേകായിരം പ്രകാശ സിഗ്നലുകൾ അവയുടെ തീവ്രതയ്ക്ക് നഷ്ടം സംഭവിക്കാതെ ഒരേസമയം ഒരു കേബിളിലൂടെ അയയ്ക്കാൻ കഴിയും. പ്രകാശവേഗത്തിൽ ഇത്തരം സിഗ്നലുകളെ വിദൂരസ്ഥലങ്ങളിലേക്ക് എത്തിക്കാൻ സാധിക്കുന്നു.

Q1. Why are optical fibre cables (OFC) used for communication?

Because, using total internal reflection, (1) thousands of light signals can be sent through one cable at the same time, (2) without losing much intensity, (3) at the speed of light (in glass), (4) over long distances.

Why: signals (telephone calls, internet data, TV) are coded as flashes of light optical signals. Each flash stays trapped in the core by TIR all the way, so very little light leaks out – unlike electric signals in copper wires, which weaken quickly and are disturbed by nearby electrical noise.

Endoscopy എൻഡോസ്കോപ്പി – Fig 1.25

ഒപ്റ്റിക്കൽ ഫൈബറുകളുടെ ഉപയോഗം മെഡിക്കൽ രംഗത്ത് നാൾക്കുനാൾ വർധിച്ചുവരുന്നു. മെഡിക്കൽ രംഗത്ത് ഇവ എങ്ങനെയാണ് പ്രയോജനപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നതെന്ന് വിവരശേഖരണം നടത്തി ക്ലാസിൽ അവതരിപ്പിക്കൂ. – The use of optical fibres in medicine grows day by day. Collect information on how they are used and present it in class.

🩺 Endoscope – light goes in, the picture comes out

An endoscope is a thin, flexible tube containing two bundles of optical fibres. It is passed through the mouth (or a small cut) into the body.
One bundle carries light into the body to light up the inside of the stomach, intestine, lungs, etc. – by total internal reflection, even round the bends.
The other bundle (or a tiny camera at the tip) carries the image back out to a screen, so the doctor sees inside without a major operation.
Uses: finding ulcers, bleeding and tumours, taking tissue samples (biopsy), keyhole surgery (laparoscopy), removing swallowed objects. Fibres also carry laser light for eye and kidney-stone treatment.

Why fibres: they are thin and flexible, and TIR keeps the light inside however the tube bends (as long as it is not kinked – the fibre lab above).

🌴 Kerala connection

The black cables you see hanging from KSEB poles along Kerala roads are often optical fibre cables – BSNL's, the cable-TV operators', and KFON (Kerala Fibre Optic Network), the State project to bring internet to homes, schools and offices over fibre. In the gastroenterology department of any Medical College hospital, an endoscopy is a routine 10-minute test – the doctor watches your stomach on a screen through fibres thinner than a pencil.

2. Mirage മരീചിക – Fig 1.21

പൂർണ്ണാന്തര പ്രതിപതനം മൂലമുണ്ടാകുന്ന മായക്കാഴ്ചകൾ എവിടെയൊക്കെ കാണാൻ കഴിയുന്നു എന്നു നോക്കാം. Remember the girl in the car on page 5 who saw water on the road?

Q2. വേനൽക്കാലത്ത് റോഡിൽ അകലെ വെള്ളം കിടക്കുന്നതായി തോന്നുന്നതിനുള്ള കാരണം എന്തായിരിക്കും? – Why does it seem, in summer, that there is water lying on the road far ahead?

It is a mirage caused by refraction and total internal reflection in the layers of air above the hot road. The air touching the road is hottest and optically rarest; higher up it becomes gradually denser. Light from the sky and distant objects coming down slantwise passes from denser to rarer layers, bends away from the normal more and more, and finally, when its angle of incidence exceeds the critical angle, is totally internally reflected and curves up into our eyes. We see an inverted image of the sky/trees on the road – just like a reflection in a pool of water.

Why it looks like water: the shimmering patch is really an image of the bright sky, and we are used to seeing the sky reflected in water. The layers keep moving, so the "water" ripples. റോഡിനോട് ചേർന്നുള്ള ഭാഗത്തെ വായുവിന് ചൂട് കൂടുതലായതിനാൽ പ്രകാശികസാന്ദ്രത കുറവായിരിക്കും. എന്നാൽ മുകൾ ഭാഗത്തേക്ക് പോകുന്തോറും വായുവിന്റെ പ്രകാശികസാന്ദ്രത ക്രമമായി വർധിച്ചുവരുന്നു.

🧪 Mirage lab – heat the road

road hotter than the air above by °C

The ten layers of air are drawn very thick and their optical densities hugely exaggerated (real air differs only in the 4th–5th decimal place, and the effect happens over hundreds of metres) – and the picture is stretched 3 times in height so you can see the curving – but the bending follows the same rules: rays are traced layer by layer, and the one that is totally internally reflected reaches the driver's eye from below.

പരിസരത്തുള്ള വസ്തുക്കളിൽ നിന്നു വരുന്ന പ്രകാശകിരണങ്ങൾ പ്രകാശിക സാന്ദ്രത വ്യത്യാസമുള്ള വായുവിന്റെ വിവിധ പാളികളിലൂടെ കടന്നുപോകുമ്പോൾ ചിത്രത്തിൽ കാണുന്നതുപോലെ അപവർത്തനത്തിനും തുടർന്ന് പൂർണ്ണാന്തര പ്രതിപതനത്തിനും വിധേയമാകുന്നു. ഇങ്ങനെ ദിശാവ്യതിയാനം സംഭവിച്ച പ്രകാശ കിരണങ്ങളാണ് നമ്മുടെ കണ്ണിൽ പതിക്കുന്നത്. അതിനാൽ അവയുടെ പ്രതിബിംബം റോഡിൽ രൂപപ്പെടുന്നതുപോലെ തോന്നുന്നു. ഈ പ്രതിഭാസം മരീചിക (mirage) എന്നറിയപ്പെടുന്നു.

⭐ Mirage (textbook page 21)

Light from objects passes through layers of air of different optical density, is refracted and then totally internally reflected, and reaches our eyes from below. So an image appears to form on the road. This phenomenon is called a mirage മരീചിക. Such images usually form on water surfaces, which is why we think the road is wet.

🌴 Kerala connection

Drive on the NH 66 bypass or any long straight stretch at 2 p.m. in March–April: the "pool" ahead is always there and never reached, and an oncoming lorry appears with an upside-down copy below it. In deserts the same effect makes travellers "see" lakes – the origin of the word mirage.

3. Reflector റിഫ്ലക്റ്റർ – Fig 1.22

വാഹനങ്ങളുടെ ടെയിൽ ലാമ്പുകളിൽ (ചിത്രം 1.22 (a)) ഉപയോഗിക്കുന്ന റിഫ്ലക്റ്ററുകൾ നിരീക്ഷിച്ചിട്ടില്ലേ? ഇവയിൽ ധാരാളം ചെറുപ്രിസങ്ങൾ ഉറപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. – Have you noticed the reflectors in the tail lamps of vehicles and on bicycles? They contain many small prisms പ്രിസം.

🧪 Reflector lab – one prism of a tail-lamp reflector (Fig 1.22 b)

height of the incoming ray tilt of the headlight beam °

Glass n = 1.5, critical angle 42°. Tilt the beam a lot and watch: the angle of incidence at A or B drops below 42° and some light leaks out of the back – real reflectors use many tiny prisms facing slightly different ways so that light from most directions is returned.

Q3. ഇവയിൽ ഒരു പ്രിസത്തിലേക്ക് പതിക്കുന്ന പ്രകാശ രശ്മി പ്രതിപതിച്ചു വരാൻ കാരണം എന്തായിരിക്കും? ഗ്ലാസിന്റെ ക്രിട്ടിക്കൽ കോണിനെ അടിസ്ഥാനപ്പെടുത്തി വിശദീകരിക്കാം. – Why does a ray falling on one of these prisms come back? Explain using the critical angle of glass.

The ray falls normally on face PQ, so it enters without refraction. Inside, it meets the face at A at an angle of incidence of 45°, which is greater than the critical angle of glass (42°) – so it is totally internally reflected towards B. At B the angle of incidence is again 45° > 42° – total internal reflection again. The ray then leaves through PQ normally and goes back parallel to the incoming light, towards the vehicle behind.

PQ എന്ന വശത്ത് ലംബമായി പ്രകാശരശ്മി പതിക്കുന്നതിനാൽ അപവർത്തനം സംഭവിക്കുന്നില്ല. … ഇവിടെ A, B എന്നീ ബിന്ദുക്കളിലെ പതനകോൺ 45° ആണ്. അതിനാൽ A ൽ പതിക്കുന്ന പ്രകാശം പൂർണ്ണാന്തര പ്രതിപതനത്തിന് വിധേയമായി B യിൽ എത്തും. അവിടെ വീണ്ടും പൂർണ്ണാന്തര പ്രതിപതനം സംഭവിച്ച് … റിഫ്ലക്റ്ററിനു പുറത്തേക്കുവരുന്നു. Two reflections at right angles turn the ray through 180°.

Q4. റിഫ്ലക്റ്ററിലെ മറ്റു പ്രിസങ്ങളിലും ഇതുപോലെ തന്നെയല്ലേ സംഭവിക്കുന്നത്? – Doesn't the same happen in the other prisms of the reflector?

Yes. Every small prism returns the light falling on it in the same way by two total internal reflections, so the whole reflector shines brightly back towards the driver behind.

Why many prisms: one big prism would be thick and heavy; hundreds of tiny ones make a thin plastic sheet that still returns light from all of its area – no bulb or battery needed.

4. Periscope പെരിസ്കോപ്പ് – Fig 1.23

ദർപ്പണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചുള്ള പെരിസ്കോപ്പുകളാണല്ലോ നിങ്ങൾ പരിചയപ്പെട്ടിട്ടുള്ളത്. എന്നാൽ ദൃശ്യങ്ങളുടെ വ്യക്തത കൂട്ടുന്നതിനുവേണ്ടി പ്രിസങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചുള്ള പെരിസ്കോപ്പുകളും നിർമ്മിക്കുന്നുണ്ട്. – You know periscopes made with plane mirrors സമതല ദർപ്പണം. To make the view clearer, periscopes are also made with prisms.

🧪 Prism periscope – see over the wall

Q5. ചിത്രത്തിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ പെരിസ്കോപ്പിൽ പ്രിസങ്ങളെ എങ്ങനെ പ്രയോജനപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു എന്ന് മനസ്സിലാക്കി സയൻസ് ഡയറിയിൽ രേഖപ്പെടുത്തൂ. – From the figure, understand how the prisms are used in the periscope and record it in your science diary.

Two right-angled (45°–45°–90°) glass prisms are fixed at the two ends of the tube. Light from the object enters the top prism normally (no refraction), meets the slanting face at 45° > 42° and is totally internally reflected – turned through 90° down the tube. It leaves the prism normally, enters the bottom prism normally, is again totally internally reflected at 45° and turned through 90° towards the eye. So the prisms do the job of the two mirrors.

Why prisms are better: total internal reflection reflects all the light, while a silvered mirror absorbs some of it and its silver can tarnish; a glass mirror also gives a faint second image from its front surface. So a prism periscope gives a brighter, clearer image with no double images. (Two reflections keep the image upright.)

5. Total internal reflection vs reflection in a mirror – Table 1.4

പൂർണ്ണാന്തര പ്രതിപതനം, സമതല ദർപ്പണങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള സാധാരണ പ്രതിപതനം ഇവയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പ്രസ്താവനകൾ നൽകിയിരിക്കുന്നു. അവയെ അനുയോജ്യമായി പട്ടികപ്പെടുത്തൂ. – Statements about total internal reflection and ordinary reflection from plane mirrors are given. Sort them into the table.

🧩 Table 1.4 sorter

Score: 0 / 6

Reflection from mirrors ദർപ്പണങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള പ്രതിപതനം	Total internal reflection പൂർണ്ണാന്തര പ്രതിപതനം
The ray of light is not reflected completely. പ്രകാശരശ്മി പൂർണ്ണമായും പ്രതിപതിക്കുന്നില്ല.	Happens only when the ray goes from an optically denser medium to a rarer one at an angle of incidence greater than the critical angle. പ്രകാശരശ്മി പ്രകാശിക സാന്ദ്രത കൂടിയ മാധ്യമത്തിൽ നിന്ന് കുറഞ്ഞ മാധ്യമത്തിലേക്ക് ക്രിട്ടിക്കൽ കോണിനേക്കാൾ കൂടിയ പതനകോണിൽ പതിക്കുമ്പോൾ മാത്രം സംഭവിക്കുന്നു.
Reflection happens at any angle of incidence. പ്രതലത്തിലേക്ക് ഏതു പതനകോണിൽ പതിച്ചാലും പ്രതിപതനം സംഭവിക്കുന്നു.	The ray of light is reflected completely. പ്രകാശരശ്മി പൂർണ്ണമായും പ്രതിപതിക്കുന്നു.

Reflection from mirrors ദർപ്പണങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള പ്രതിപതനം

Total internal reflection പൂർണ്ണാന്തര പ്രതിപതനം

The ray of light is not reflected completely. പ്രകാശരശ്മി പൂർണ്ണമായും പ്രതിപതിക്കുന്നില്ല.

Happens only when the ray goes from an optically denser medium to a rarer one at an angle of incidence greater than the critical angle. പ്രകാശരശ്മി പ്രകാശിക സാന്ദ്രത കൂടിയ മാധ്യമത്തിൽ നിന്ന് കുറഞ്ഞ മാധ്യമത്തിലേക്ക് ക്രിട്ടിക്കൽ കോണിനേക്കാൾ കൂടിയ പതനകോണിൽ പതിക്കുമ്പോൾ മാത്രം സംഭവിക്കുന്നു.

Reflection happens at any angle of incidence. പ്രതലത്തിലേക്ക് ഏതു പതനകോണിൽ പതിച്ചാലും പ്രതിപതനം സംഭവിക്കുന്നു.

The ray of light is reflected completely. പ്രകാശരശ്മി പൂർണ്ണമായും പ്രതിപതിക്കുന്നു.

🌐 Explore online needs internet · opens in a new tab

📄 Charles K. Kao – Facts (Nobel Prize in Physics 2009) NobelPrize.org
Meet the 'father of fibre optics' who showed that very pure glass can carry light over long distances.
📄 How does fiber optics work? Explain that Stuff
Plain-English guide to core, cladding and how light bounces along a fibre; also covers medical endoscopes.
▶️ Fiber optic cables: How they work YouTube – engineerguy · 5:35
Engineer explains fibre-optic cables with neat hands-on models.
▶️ Optical Fiber Cables - Christmas Lectures with David Pye YouTube – The Royal Institution · 8:00
Royal Institution Christmas Lecture clip demonstrating light guided along fibres.
▶️ Scanning Fiber Endoscope YouTube – NIBIB (US National Institutes of Health) · 4:37
US National Institutes of Health (NIBIB) shows a tiny fibre-optic endoscope that looks inside the body.
📄 K-FON – Kerala Fibre Optic Network Government of Kerala (K-FON)
Kerala's own optical-fibre internet network – physics from this chapter at work in your state.
📄 Mirages The Physics Classroom
How hot air near the road bends light to make the 'wet road' illusion.
📄 What is a mirage and an illusion? EarthSky
Short article on highway mirages: you are really seeing the sky.
▶️ Mirage | Middle School Science | Khan Academy YouTube – Khan Academy India - English · 5:26
Clear animated explanation of how a mirage forms.
▶️ Fata Morgana—Boats That Float In The Air YouTube – The Action Lab · 6:38
Fata Morgana: why ships sometimes seem to float in the air (a 'superior' mirage).
📄 What is critical angle and total internal reflection? BBC Bitesize
Covers totally reflecting 45° prisms, prism periscopes, and bicycle/car reflectors.
📄 How do binoculars work? Explain that Stuff
How the Porro or roof prisms inside binoculars flip the image the right way up.
▶️ Why you'll never see a right angle on a stealth aircraft - corner cube reflectors YouTube – Steve Mould · 9:14
Corner-cube reflectors, the shape inside bicycle reflectors that sends light back to its source.
▶️ Why Astronauts left a reflector on the Moon! (ft. MinutePhysics) - Smarter Every Day 73 YouTube – SmarterEveryDay · 5:58
Smarter Every Day: why astronauts left corner-cube reflectors on the Moon.
📄 Laser Instrument on NASA's LRO Successfully 'Pings' Indian Moon Lander NASA Science
A tiny reflector on ISRO's Chandrayaan-3 Vikram lander bounced a NASA laser back – an Indian connection.

6. Check yourself

🧭 Summary

Optical fibre (core, cladding, jacket): light hits the walls above the critical angle → repeated TIR → comes out only at the far end. Used in communication (OFC, many signals at once, little loss, at the speed of light, far away) and in endoscopy. Nobel 2009: Charles K. Kao.
Mirage: hot road → rarer air below, denser above → light bends away from the normal, then TIR → inverted image "on the road".
Reflector and prism periscope: light enters a 45°–45°–90° prism normally and meets the slanting face at 45° > 42° → TIR (twice in a reflector, once per prism in a periscope).
TIR reflects all the light and needs denser → rarer and i > critical angle; a mirror reflects at any angle but not all the light.

Next: All in-text questions with animated solutions ▶