Paprsková optika hanah

1) Světlo jako elektromagnetické vlnění 2) Šíření světla 3) Odraz a lom 4) Úplný odraz 5) Disperze světla

1. Světlo jako elektromagnetické vlnění Nejdříve byla rychlost světla považována za nekonečnou, protože prostor je osvětlen z lidského pohledu okamžitě. O. Römer roku 1675 z pozorování zákrytů Jupiterových měsíců vypočítal hodnotu 227 000 km/s.

Pozdější měření už se odehrávala na Zemi pomocí zrcadel a přesných přístrojů (Fizeau, Foucault, Michelson, atd.) Dnes je za rychlost světla ve vakuu považována hodnota 299 792,458 kilometrů za sekundu.

3. chromatické: složené ze světla více vlnových délek, např 3. chromatické: složené ze světla více vlnových délek, např. bílé světlo (složené ze sedmi barev) Světelné spektrum je část elektromagnetického spektra, ve kterém je zobrazena závislost barev světla na vlnových délkách. λ=650 nm λ=600 nm λ=580 nm λ=525 nm λ=450 nm λ=400 nm Obr.: Střední vlnové délky pro dané barvy

Podobně jako jiné druhy vlnění charakterizuje i světlo jeho vlnová délka λ =c/f Vidění je fyziologický proces, který v lidském oku vyvolává elektromagnetické vlnění o frekvencích 7,7 .1014 až 3,9 .1014 Hz. Tomu odpovídají vlnové délky světla ve vakuu od 390 nm do 760 nm.

2. Šíření světla Šíření světla ovlivňují vlastnosti prostředí, kterým světlo prochází. Optické prostředí může být: Průhledné – nedochází v něm k rozptylu světla. Průsvitné – světlo prostředím prochází, ale zčásti se v něm rozptyluje. Neprůhledné – světlo se v něm silně pohlcuje nebo se na rozhraní s daným prostředím jen odráží.

Pro šíření světla platí Huygensův princip: Z bodového zdroje světla se světlo šíří v kulových vlnoplochách. Směr šíření světla v homogenním optickém prostředím udávají přímky kolmé na vlnoplochu, které se nazývají světelné paprsky.

3. Odraz a lom světla Při dopadu světla na rozhraní dvou různých optických prostředí se světlo částečně odráží a částečně láme. Zákon odrazu: k a=b a b

Zákon odrazu světla úhel dopadu se rovná úhlu odrazu odražený paprsek leží v rovině dopadu úhel odrazu nezávisí na frekvenci, proto se světelné paprsky různých barev odrážejí stejně Index lomu n udává, kolikrát je rychlost světla v daném prostředí menší než ve vakuu n=c/v ≥ 1

Přechází-li světlo z prostředí opticky řidšího do Snellův zákon lomu: n 1 sina = n2 sinb Lomený paprsek zůstává v rovině dopadu. Lom závisí na frekvenci světla. Přechází-li světlo z prostředí opticky řidšího do prostředí opticky hustšího, nastává lom ke kolmici. k n1 n1<n2 a v1>v2 ab n2 b

Díky lomu světla se nám zdá pádlo ponořené do vody zlomené.

Přechází-li světlo z prostředí opticky hustšího do prostředí opticky řidšího, nastává lom od kolmice. k n1 n1 >n2 a ab n2 b

4. Úplný odraz – totální reflexe Přechází-li světlo z prostředí opticky hustšího do prostředí opticky řidšího, nastává lom od kolmice. Zde může nastat situace, kdy úhel dopadu nabude takové hodnoty, že úhel lomu je pravý. Překročením mezního úhlu nastává úplný odraz. k n1 n1 >n2 a am ab b=90° n2 b sin α m = 1/n1

Měření mezního úhlu umožňuje určit index lomu látky. Na tom jsou založeny přístroje zvané refraktometry.

5. Disperze světla (rozklad) Index lomu optického prostředí závisí na frekvenci světla a při normální disperzi se s rostoucí frekvencí zvětšuje.

Bílé denní světlo se hranolem rozloží na spektrum, v němž jsou zastoupeny všechny barvy odpovídající paprskům monofrekvenčního světla v posloupnosti: červená, oranžová, žlutá, zelená, modrá, fialová.

Úlohy: Chlapec se chce dotknout tyčí předmětu v hloubce 40 cm pod hladinou vody. V jaké vzdálenosti od předmětu se tyč dotkne dna, jestliže tyč svírá s vodorovným směrem úhel 45°? (nv=1,33) Lomený a odražený paprsek jsou navzájem kolmé, přičemž úhel dopadu je 53°. Určete index lomu látky, jestliže světlo dopadá na rozhraní ze vzduchu. Řešení: [15 cm] [n = 1,33]

Řešení: Jaký musí být úhel dopadu na povrch skla o indexu lomu 1,7, aby úhel lomu byl roven polovině úhlu dopadu? [63°30´] 2. Index lomu skla pro červené světlo je 1,510 a pro fialové světlo 1,531. Určete úhel mezi lomeným červeným a fialovým paprskem, dopadá-li paprsek bílého světla na povrch skla pod úhlem 60°. [0,55°] 3. Světelný paprsek prochází metylalkoholem a dopadá na rozhraní se vzduchem pod úhlem 45°. Vystoupí paprsek do vzduchu nebo se úplně odráží v metylalkoholu? Index lomu metylalkoholu je 1,329. [a = 45°<am]

Literatura: RNDr. O. Lepil, Csc. – Optika Použitý zdroj: Internet Vyrobeno v rámci projektu SIPVZ Gymnázium a SOŠ Cihelní 410 Frýdek-Místek Autor: Mgr. Hana Hůlová Rok výroby: 2006 hanah