Jevy na rozhraní dvou prostředí Název školy Střední odborná škola a Gymnázium Staré Město Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.1007 Autor Mgr. Radomír Tomášů Název šablony III/2 – Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Název DUMu Jevy na rozhraní dvou prostředí Stupeň a typ vzdělávání Střední odborná škola s maturitou Vzdělávací oblast Fyzika Vzdělávací obor 36-47-M/01 Tematický okruh Fyzika pro stavaře Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 1. ročník Anotace Žáci získají nové znalosti z fyziky a naučí se orientovat v základních pojmech zákon odrazu, zákon lomu Vybavení, pomůcky - Klíčová slova Odraz světla, lom Datum 12.5.2014 www.zlinskedumy.cz

Jevy na rozhraní dvou optických prostředí Při šíření světla často nastane případ, kdy světlo dopadá na rozhraní dvou optických prostředí – např. na skleněnou desku, vodní hladinu,… Jením optickým prostředím je vzduch, druhým je sklo. Rychlost světla ve vzduchu je c, rychlost světla ve skle je v < c. Víme, že světlo prochází ze vzduchu do skla a také, že se částečně odráží. Oba tyto případy jsou nejdůležitější jevy na rozhraní dvou optických prostředí – odrazu a lom. 1) Odraz světla: V bodě dopadu O vztyčíme kolmici k, úhel mezi dopadajícím paprskem a kolmicí dopadu označíme α - úhel dopadu.

Úhel mezi kolmicí dopadu a odraženým paprskem označíme α´ - úhel odrazu. Dopadající paprsek a kolmice dopadu leží v rovině dopadu(plocha sešitu). Vztah mezi oběma úhly- úhlem dopadu α a úhlem odrazu α´ určuje zákon odrazu světla: Velikost úhlu odrazu α´ se rovná velikosti úhlu dopadu α. Odražený paprsek zůstává v rovině dopadu. 2) Lom světla: Při dopadu světelného paprsku na rozhraní vzduch – sklo pozorujeme, že úhel lomu β, který svírá kolmice dopadu a lomený paprsek, je menší než úhel dopadu α (α > β). Nastal lom ke kolmici.

Pokud bychom „optiku obrátili“ – světlo přechází ze skla do vzduchu, úhel lomu β je větší než úhel dopadu α (α< β), nastane lom od kolmice. Příčinou lomu světla jsou různé rychlosti světla v obou prostředích. Poměr obou rychlostí je pro danou látku konstantní a v optice je důležitou látkovou konstantou. Nazýváme ji index lomu n. n = c/v Index lomu vody je asi n = 1,33, skla n = 1,5 až 2. Čím je index lomu větší, tím víc se světlo láme a úhel lomu β je menší.

Závislost mezi úhlem dopadu α a úhlem lomu β vyjadřuje zákon lomu (Snellův zákon): Zákon objevil v 17. století Holanďan Snell („snel“). sin α sin β = 𝑐 𝑣 =𝑛

Prostředí s menším indexem lomu nazýváme - opticky řidší prostředí, naopak s větším indexem lomu - opticky hustší prostředí. Při přechodu světla z opticky řidšího prostředí do opticky hustšího prostředí nastává lom světla ke kolmici. Naopak - při přechodu světla z opticky hustšího prostředí do opticky řidšího prostředí nastává lom světla od kolmice. Zvláštní případ lomu od kolmice nastane v případě, že úhel lomu β = 90°. To se stane v případě, když úhel dopadu je tzv. mezní úhel αm. Při úhlech dopadu větších než je mezní úhel už žádný lom nenastane a všechno světlo se jen odráží – nastává totální odraz. Tohoto jevu se využívá v optických kabelech, kde se světlo neustále jen odráží pod stejným úhlem bezztrátově.

totální odraz Pro sklo – vzduch je mezní úhel αm = 42°, takže už pro úhel α = 45°nastává totální odraz. To se používá při konstrukci odrazných hranolů, které se používají v optických přístrojích, u kterých potřebujeme změnit směr paprsků. (např. dalekohled triedr – dva optické hranoly obrací obraz tak, aby byl výsledek stranově i výškově správně orientovaný).

Tato záměnnost chodu paprsků je obecným zákonem paprskové optiky. Dva jednoduché náčrty optických hranolů Pro odraz a lom světla platí, že dopadající a odražený paprsek (dopadající a lomený paprsek) můžeme vzájemně zaměnit…. Světlo dopadající na rozhraní pod úhlem odrazu se odráží pod úhlem dopadu(světlo dopadající pod úhlem lomu se lomí pod úhlem dopadu). Tato záměnnost chodu paprsků je obecným zákonem paprskové optiky.

Př.: Na povrchu hladiny rybníka vidíme obraz oblohy a okolní krajiny. Proč se tento obraz jeví tmavší, než je ve skutečnosti? Protože část světelné energie, která dopadá na hladinu, se lomí do vody(zde je pohlcena) a jen část se odrazí. Kdyby se odrazilo všechno, viděli bychom obraz stejně jasný. Př.: Dokažte, že pro totální odraz platí zákon lomu ve tvaru: sin αm = 1/n Pro lom ze skla do vzduchu nastává lom ke kolmici. Platí: sin α/sin β = v/c = 1/n, pro mezní úhel αm je úhel β = 90° a sin 90°= 1. Po dosazení: sin αm = 1/n.

Použité zdroje LEPIL, Oldřich. Fyzika pro střední školy 1. 3. vyd. Praha: Prometheus, 1995, 270 s. ISBN 80-858-4987-9. Vlastní tvorba