Учитывая (1), закон преломления можно записать в виде

(2)

Из симметрии выражения (2) вытекает обратимость световых лучей. Если обратить луч П (рис.1), заставив его падать на границу раздела под углом i₂, то преломленный луч в первой среде будет распространяться под углом i₁, т.е. пойдет в обратном направлении вдоль луча 1.

Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления n₁ (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n₂ (оптически менее плотную) (n₁ > n₂), например, из стекла в воду, то, согласно (2)

и преломленный луч удаляется от нормали, а угол преломления i₂ больше, чем угол падения i₁ (рис.2а).С увеличением угла падения увеличивается угол преломления i₂ (рис.2,б,в) до тех пор пока при некотором угле падения (i₁=i_пр) угол преломления не окажется равным 90^о. Угол i_пр называется предельным углом, при углах падения i₁> i_пр весь падающий свет полностью отражается (рис.2г). По мере приближения угла падения к предельному, интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного растет. Если i₁= i_пр, то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего.

Таким образом, при углах падения в пределах от i_пр до 90^о, луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду. Причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением.

Предельный угол i_пр можно определить из формулы (2) при подстановке в нее i₂=90^о. Тогда (3)

Уравнение (3) удовлетворяет значениям угла i_пр при n₂ £ n₁. Следовательно, явление полного отражения имеет место только при падении света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную.

Величина n₂₁ называется относительным показателем преломления второй среды относительно первой.

Явление полного отражения используется в призмах полного отражения. Показатель преломления стекла равен n» 1,5, поэтому предельный угол для границы стекло-воздух i_пр=arc sin (1/1,5)=42^о. Поэтому при падении света на границу стекло-воздух при i_пр>42^о всегда будет иметь место полное отражение. Такие призмы, позволяющие повернуть угол на 90^о или обернуть луч, применяются в биноклях, перископах, рефрактометрах и других оптических приборах.

Явление полного отражения в настоящее время широко используется в световодах (светопроводах), представляющих собой тонкие, произвольным образом изогнутые нити (волокна) из оптически прозрачного материала (рис.3). В волоконных деталях применяют стеклянное волокно, световедущая жила (сердцевина) которого окружается стеклом - оболочкой из другого стекла с меньшим показателем преломления. Свет, падающий на торец световода под углами, большими предельного, претерпевает на поверхности раздела сердцевины и оболочки полное отражение и распространяется только по световедущей жиле.

Таким образом, с помощью световодов можно как угодно искривлять путь светового пучка. Световоды используются для передачи световых волн и изображений, в медицине (например, для диагностики желудка) и т.д.