optyka - Zgapa.pl
advertisement
OPTYKA Sprawozdanie z pobytu w Instytucie Fizyki Doświadczalnej we Wrocławiu Czym jest światło ?? W XVII wieku istniały dwie teorie na temat tego czym jest światło. Isaac Newton opowiadał się za tym, że światło jest strumieniem korpuskuł (czyli poruszających się cząstek), a Christiaan Huygens twierdził, że jest to fala (jak w XIX wieku stwierdził Clerk Maxwell fala elektromagnetyczna). Dziś wiemy, że światło ma dwoistą naturę tzn. możemy je uważać zarówno za falę elektromagnetyczną jak i strumień fotonów (cząstek będących kwantem energii promieniowania świetlnego) Zjawisko Cienia Cieniem nazywamy obszar przestrzeni, który nie jest oświetlony światłem. O prostoliniowości biegu promieni świetlnych świadczy kształt granicy między obszarem oświetlonym i nieoświetlonym. Zjawisko Półcienia Półcieniem nazywamy obszar przestrzeni oświetlony przez jedno z dwu lub większej liczby świecących punktowych źródeł światła. W astronomii zjawisko cienia i półcienia można zaobserwować podczas całkowitych i częściowych zaćmień Księżyca przez Ziemię i Ziemi przez Księżyc. ODBICIE ŚWIATŁA Zjawisko odbicia światła zachodzi na granicy dwóch ośrodków optycznych o różnej gęstości lub na powierzchni ciała nieprzeźroczystego. Promień świetlny padając na nieprzeźroczyste ciało może się odbić od tego ciała lub zostać pochłonięty. Światło bardzo dobrze odbija się od gładkich, wypolerowanych powierzchni. Prawo odbicia światła Kąt padania jest równy kątowi odbicia. Promień padania, prostopadła padania w punkcie odbicia i promień odbity leżą w jednej płaszczyźnie. Zjawisko załamania światła polega na zmianie kierunku promienia świetlnego przy przejściu przez granicę dwóch ośrodków o różnej gęstości optycznej.Promień świetlny przy przechodzeniu z ośrodka optycznie rzadszego do ośrodka optycznie gęstszego ( n1<n2) załamuje się ku prostopadłej padania. Gdy promień świetlny przechodzi z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka optycznie rzadszego (n1>n2) załamuje się od prostopadłej padania Prawo Załamania - Stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest dla danych ośrodków stały i równy stosunkowi prędkości fali w ośrodku pierwszym, do prędkości fali w ośrodku drugim. Kąty padania i załamania leżą w tej samej płaszczyźnie. α – kąt padania β – kąt załamania v1 – prędkość światła w ośrodku 1 v2 – prędkość światła w ośrodku 2 Załamanie światła prowadzi często do różnych efektów optycznych, na poniższym rysunku przedstawiono jeden z nich: Załamanie światła to podstawowe zjawisko w optyce. Jest ono wykorzystywane w wszelkiego rodzaju urządzeniach optycznych, takich jak lupa, mikroskop, czy proste okulary. W przypadku lupy, jest ona zbudowana z soczewki, która ma tą zdolność, że w wyniku załamania promieni świetlnych przez nią przechodzących, skupia je w jednym punkcie, tzw. ognisku. Całkowite wewnętrzne odbicie. Kąt padania, dla którego kąt załamania jest prosty, to kąt graniczny (αg). Dla kątów większych od αg obserwujemy ciekawe zjawisko, zwane całkowitym wewnętrznym odbiciem. Promień załamany pozostaje w ośrodku padania, tak jakby się w specyficzny sposób odbił. Jest to jednak załamanie, ale z kątem załamania większym niż 90 stopni (rozwartym). Rozproszenie Światła Odbicie światła od powierzchni niegładkiej, szorstkiej, nierównej nazywa się rozproszeniem światła.W praktyce światło padając na różnorodne powierzchnie znajdujące się w otoczeniu obserwatora ulega rozproszeniu. Dzięki rozproszeniu światła na powierzchniach różnych ciał i przedmiotów do oka dociera światło i na siatkówce oka powstaje obraz przedmiotu Przejście światła przez pryzmat, rozszczepienie światła białego Pryzmatem nazywamy ciało przezroczyste dla światła (np. szkło, plastik) o nierównoległych ściankach. Kąt, pod jakim są nachylone te ściany nosi nazwę kąta łamiącego pryzmatu. Promień światła po przejściu przez pryzmat jest zawsze nachylony do jego podstawy. Okazuje się, że światło po wyjściu z pryzmatu nie jest białe, ale zawiera wszystkie barwy tęczy. Zawsze, niezależnie od kąta padania światła, kolor czerwony odchyla się najmniej od swojego pierwotnego kierunku, fioletowy najbardziej, a pozostałe barwy zajmują miejsca pośrednie pomiędzy tymi skrajnymi kolorami. Rozłożenie światła na jego barwy składowe nazywamy rozszczepieniem, a obraz utworzony na ekranie - widmem Widmo światła białego. Zwierciadło optyczne inaczej lustro... Jest to gładka powierzchnia o nierównościach mniejszych niż długość fali świetlnej. Z tego względu zwierciadło w minimalnym stopniu rozprasza światło, odbijając większą jego część. Zwierciadła wykonywane są na ogół z polerowanego metalu lub gładkiego kawałka szkła pokrytego z jednej strony metaliczną warstwą odbijającą. Ze względu na kształt powierzchni, zwierciadła dzieli się na: płaskie wklęsłe (skupiające) wypukłe (rozpraszające) Ze względu na rodzaj krzywizny zwierciadła wklęsłe i wypukłe dzieli się na: sferyczne paraboliczne (paraboloidalne) ZWIERCIADŁO PŁASKIE x - odległość przedmiotu od zwierciadła y - odległość obrazu od zwierciadła W zwierciadle płaskim powstaje obraz pozorny, to znaczy, że powstał w wyniku przecięcia się przedłużeń promieni odbitych. Obraz przedmiotu w zwierciadle płaskim. Dane ciało widzimy wtedy, gdy światło przez nie wysyłane trafia do naszego oka, lub wtedy, gdy światło odbijające się od ciała trafia do naszego oka. Gdy światło przechodzi przez szybę, jego część przechodzi przez nią, a część odbija się tak jak od zwierciadła płaskiego. Światło docierające od przedmiotów znajdujących się za szybą umożliwia ich oglądanie. Jednocześnie szyba odbija światło tak jak lustro, dlatego widzimy za nią obrazy pozorne przedmiotów znajdujących się przed nią. Pozorny obraz świeczki odbity w szklanej szybie Odbicie palącej się świeczki w zwierciadle płaskim ZWIERCIADŁO WKLĘSŁE Zwierciadło kuliste wklęsłe jest fragmentem sfery, w której powierzchnią odbijającą jest powierzchnia wewnętrzna. Obrazy w zwierciadle kulistym wklęsłym mogą być rzeczywiste i pozorne, proste i odwrócone oraz powiększone i pomniejszone. Charakter obrazu zależy od odległości x przedmiotu od zwierciadła. Obraz rzeczywisty, powiększony i odwrócony, otrzymany za pomocą zwierciadła wklęsłego Obraz pozorny, powiększony i prosty, otrzymany za pomocą zwierciadła wklęsłego Obraz rzeczywisty, pomniejszony i odwrócony, otrzymany za pomocą zwierciadła wklęsłego ZWIERCIADŁO WYPUKŁE Zwierciadło kuliste wypukłe jest fragmentem sfery, w której powierzchnią odbijającą jest powierzchnia zewnętrzna. Zwierciadło wypukłe posiada ognisko pozorne F’. Jest to punkt, w którym przecinają się przedłużenia promieni odbitych od zwierciadła (wiązka odbita jest bowiem rozbieżna). Obraz w zwierciadle kulistym wypukłym ma zawsze te same cechy: jest pozorny, prosty i pomniejszony. Jego wielkość wzrasta, gdy przedmiot zbliżamy do zwierciadła. Konstrukcję typowego obrazu w takim zwierciadle przedstawiono na rysunku. Obraz pozorny, pomniejszony, prosty, otrzymany za pomocą zwierciadła wypukłego. Wielokrotne odbicia w czterech zwierciadłach wypukłych Soczewka Soczewka - proste urządzenie optyczne składające się z jednego lub kilku sklejonych razem bloków przezroczystego materiału (zwykle szkła, ale też różnych tworzyw sztucznych, żeli, minerałów, a nawet parafiny lub kropli wody). Soczewki dzielimy na dwie podstawowe grupy: skupiające i rozpraszające. Soczewki wypukłe 1 – dwuwypukła 2 – płasko-wypukła 3 – wklęsło-wypukła Soczewki wklęsłe 1 – dwuwklęsła 2 – płasko-wklęsła 3 – wypukło-wklęsła Idealna soczewka załamuje wszystkie promienie świetlne biegnące równolegle do głównej osi optycznej do jednego punktu. Punkt ten nazywany jest ogniskiem soczewki. Soczewka zamienia wiązkę równoległą na wiązkę promieni zbieżnych do ogniska. Po przejściu przez ognisko wiązka staje się rozbieżna. Opisany przypadek soczewki załamującej promienie równoległe do ogniska, to tzw. soczewka skupiająca (bo "skupia" promienie świetlne do ogniska). Przy używaniu jej jako lupy daje ona efekt powiększania oglądanych przedmiotów. SOCZEWKA ROZPRASZAJĄCA Wiązka promieni przy osiach biegnąca równolegle do głównej osi optycznej, po dwukrotnym załamaniu rozbiega się, ale przedłużenia promieni wychodzących z soczewki skupiają się w jednym punkcie, który jest pozornym ogniskiem soczewki. Soczewka rozpraszająca Soczewka skupiająca Dyfrakcja światła Dyfrakcja (ugięcie) to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Jeżeli wiązka fal przechodzi przez wąską szczelinę lub omija obiekt, to zachodzi zjawisko ugięcia. Interferencja światła Interferencja jest to zjawisko nakładania się fal świetlnych. Zjawisko to potwierdza falową naturę światła. Polaryzacja światła Polaryzacja to zjawisko polegające na uporządkowaniu płaszczyzny drgań wektora Występowanie zjawiska polaryzacji dla światła dowodzi, że światło jest falą poprzeczną. Światło można spolaryzować, przepuszczając je przez specjalne substancje zwane polaryzatorami, przez odbicie od powierzchni dielektryka lub przez tzw. podwójne załamanie w kryształach dwójłomnych. Wykorzystanie polaryzacji Fakt, że jeśli na drodze światła niespolaryzowanego ustawimy dwa polaryzatory o prostopadłych kierunkach polaryzacji, to wiązka zostanie prawie całkowicie pochłonięta wykorzystuje się to do znacznego osłabienia światła reflektorów nadjeżdżających z przeciwka samochodów. Tak widzimy przez okulary polaryzacyjne, górne zdjęcie wykonane jest bez filtru, a dolne z filtrem.
