FYZIKA 4. ROČNÍK. Optika. Základní vlastnosti světla. Optika - nauka o světle; Světlo je elmg. vlnění, které vyvolává vjem v našem oku.

Transkript

1 Základí vlastosti světla - auka o světle; Světlo je elmg. vlěí, které vyvolává vjem v ašem oku. Přehled elmg. vlěí: - dlouhé vly - středí rozhlasové - krátké - velmi krátké - ifračerveé zářeí - viditelé z. (380 (400) m 760 (790) m - ultrafialové z. - retgeové z. - γ zářeí - kosmiké z. λ < 0 4 m Vývoj ázorů a podstatu světa ) Huygesova vlová teorie (r. 678) Světlo je podélé vlěí velmi řídké látky, tzv. světelého éteru. ) Newtoova korpuskulárí teorie Podstata světla jsou částie (korpuskule), které se obrovskou ryhlostí šíří od zdroje. 3) Současá teorie Světlo je elektromagetiké vlěí, majíí vlový i částiový harakter. Základí pojmy: Světelý zdroj: měí růzé druhy eergie (vitří, el., hem., jader.) a světelou. Optiké prostředí: prostředí, ve kterém se světlo šíří Druhy opt. prostředí: průhledé - propouští světlo bez podstatého zeslabeí, přes toto prostředí vidíme předměty eprůhledé - epropouští světlo rozptyluje ho ebo odráží průsvité - propouští světlo a současě ho rozptyluje stejorodé(izotropí) prostředí - takové, které má všude stejé opt. vlastosti světlo se v ěm šíří přímočaře Vloploha, světelý paprsek Světlo se šíří v kulovýh vloploháh podle Huygesova priipu. Přímka kolmá a vloplohu udává směr, kterým se světlo šíří, a azývá se světelý paprsek.

2 Moohromatiké světlo (světlo určité λ) bílé sv. č o ž z m f 760 m 400 m Ryhlost světla Galileo Galilei (564 64) Dvě ové vědy : rozhovor mistra Sagreda a žáků. Sagredo: Avšak zač a za jak velikou musíme považovat tuto ryhlost světla? Je okamžitá, ihed pomíjejíí, ebo potřebuje určitou dobu jako ostatí pohyby? Nemůžeme to rozhodout pokusem? Simpliio: Deí zkušeost ukazuje, že šířeí světla je okamžité, eboť vidíme-li ve velké vzdáleosti výstřel, dorazí záblesk k ašim očím bez časové ztráty; hřmot však dospěje k uhu teprve po začé hvíli. Sagredo: Nuže Simpliio, jediý závěr, který mohu učiit z tohoto dobře zámého zjevu, je te, že zvuk dospívajíí k ašemu uhu se šíří pomaleji ež světlo; i mi však eříká, zda světlo dorazí okamžitě, ebo k tomu přee je potřebuje ějakou dobu, i když velmi krátkou Galilei vymyslel jak určit ryhlost světla (eproveditelý pokus): Dva muži se svítilou v určité vzd. od sebe, A odstíí, B odstíí po obdržeí sigálu a měří se čas. - r. 675 dáský astroom Eri Röhmer, ze zákrytu Jupiterova měsíe - r. 849 fraouzský fyzik Armad Fizeau [fizó] Z D PZ ěkolik km ω zdroj ozubeé kolečko apř. 70 zubů Za polopropustým zradlem PZ je ozubeé kolečko, které se otáčí. Jakmile světlo projde otvorem mezi zuby kolečka, postupuje k zradlu Z, odkud se po odrazu vraí zpět. Když a zpátečí estě světlo projde týmž otvorem ebo dalším, vidí pozorovatel v dalekohledu D světelý zdroj. Když světlo dopade a zub, evidí i. Při jisté úhlové frekvei otáčeí kolečka pak lze určit velikost ryhlosti světla. 0. století (přibl. 907 N.C.) Albert Abraham Mihelso [majklzo] ameriký fyzik - metoda rotujííh zrátek

3 D Metoda rotujííh zrátek prauje a podobém priipu jako Fizeauova metoda m s 3 0 m s km s 8 - mezí ryhlost pohybujííh se hmotýh objektů ve vakuu Defiie metru: Metr je dráha, kterou světlo urazí ve vakuu za s Ve vakuu ezávisí a f. V každém jiém prostředí je ryhlost světla v < a zároveň závisí a f světla. Odraz a lom světla Při dopadu světla a rozhraí dvou opt. prostředí může astat odraz a lom a část světla se pohluje prostředími. Odraz: Světlo se po odrazu od rozhraí vraí do původího prostředí.

4 dopadajíí paprsek k odražeý paprsek α α k kolmie dopadu α úhel dopadu α úhel odrazu Platí: ) Úhel odrazu se rová úhlu dopadu. α α [Záko odrazu] ) Odražeý paprsek zůstává v roviě dopadu (ta je dáa dopadajíím paprskem a kolmií dopadu). 3) Úhel odrazu ezávisí a λ dopadajíího světla. Lom: Světlo po dopadu a rozhraí dvou prostředí proiká do druhého prostředí. dopadajíí paprsek k α α obr. lomeý paprsek Platí: ) Záko lomu Sellův záko lomu - Willebrord Sell (59-66): siα v kost. siα v

5 Poměr siů úhlu dopadu a úhlu lomu je rove poměru ryhlostí světla v prvím a druhém prostředí. ) Lomeý paprsek zůstává v roviě dopadu. 3) Úhel lomu závisí a vlové déle světla. Lom světla ke kolmii (obr. ) astává tehdy, jestliže se světlo šíří z prostředí optiky řidšího do prostředí optiky hustšího. α < α siα < siα v < v k opt. hustší α α řidší obr. Lom světla od kolmie (obr. ) astává tehdy, jestliže se světlo šíří z prostředí optiky hustšího do prostředí optiky řidšího (apř. ze skla do vzduhu). α < α siα < siα v < v Idex lomu Absolutí idex lomu je podíl ryhlosti světla ve vakuu k ryhlosti světla v daém prostředí. bezrozměrá veličia; čím větší, tím meší v (tím optiky hustší prostředí) v Charakterizuje optiké prostředí, udává, kolikrát je větší ryhlost světla ve vakuu ež v daém prostředí, závisí a λ, tz. a f (barvě, eergii) (užíváme žlutého sodíkového světla) siα v v v siα v v v siα siα ebo siα siα Vakuum a vzduh

6 sklo,5 voda 4 3 Příklady: ) Vypočtěte ryhlost světla ve vodě ( 4 3 ) m s v v 4 3 v,5 0 m s ) Ryhlost červeého světla ve skle je km s, fialového světla km s. Určete idex lomu skla pro červeé a fialové světlo. v č, 506, f, ) Idex lomu ledu je,3; vody,33; oleje,47; skla,5. Jaká je ryhlost světla v uvedeýh prostředíh?. v vled 9000 km s vvoda 6000 km s v km s v 99000km s olej sklo 4) Žluté světlo sodíkové lampy dopadá ze vzduhu ( ) a stěu diamatu pod úhlem 68, lomeý paprsek je kolmý a odražeý. Jaký je idex lomu pro diamat?. 68.

7 Řešeí: Z obrázku plye: si 68 d d,48 si Idex lomu diamatu je,48. Úplý odraz světla Může astat při lomu paprsku dopadajíího z prostředí optiky hustšího do prostředí optiky řidšího (apř. ze skla do vzduhu). Pro jistý úhel - α m (mezý úhel) je úhel lomu α 90. Pro α > α m se světlo eláme do řidšího prostředí, ale úplě se odráží do původího prostředí. Nastae úplý (totálí) odraz světla ( lesk bubli v kapaliě, ve skle, mokrý asfalt v dále v letíh deh). siα siα Vztah pro mezý úhel a rozhraí daého prostředí a vzduhu(vakua): siα m Obr. K úplému odrazu: k 3 3

8 Užití totálího odrazu: V odrazýh hraoleh místo zradel v moha opt. přístrojíh apř. skleěý trojboký hraol (v periskopu):í periskop Dále se užívá totálího odrazu ve světlovodýh vlákeh. Příklad: Při jakém úhlu dopadu astává úplý odraz, jestliže světlo prohází: a) ze skla (,5) do vzduhu; b) z vody (,3) do vzduhu; ) ze skla do vody?. siα m sklo: α m 4 49 voda: α m 50 7 voda ze skla do vody: siα m, α m sklo

9 Lom světla plaparalelí deskou Dopadajíí paprsek se láme dvakrát jedou při vstupu do plaparalelí desky a po druhé při výstupu. Spočtěme, jaké bude posuutí v dopadajíího paprsku a paprsku a výstupu: d α A α α - α ( ) v AC si α α AC d osα ( ) si α α v d osα B C v siα osα siα osα v d osα siα osα v d siα si α v d siα si α si α si α v d siα si α siα siα siα siα siα siα Užití lomu a plaparalelí dese: Studium soustavy rovoběžýh vrstev o růzém idexu lomu. Měí-li se idex lomu plyule, lomeá čára paprsku přejde v plyulou křivku - př. průhod světla atmosférou, tzv. atmosfériká refrake Příklad: Na skleěou desku tloušťky 5 m dopadá světelý paprsek pod úhlem 30. Určete posuutí, je-li,5.

10 v d siα v 0,695m si α si α