Fizyka_modul_09.pdf

(2157 KB) Pobierz
Fizyka dla Inżynierów
FIZYKA
dla
INŻYNIERÓW
Zbigniew Kąkol
Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej
Akademia Górniczo-Hutnicza
Kraków 2006
MODUŁ
IX
Moduł IX- Optyka geometryczna i falowa
28 Optyka geometryczna i falowa
28.1 Wstęp
Promieniowanie świetlne, o którym będziemy mówić w poniższych rozdziałach jest
pewnym, niewielkim wycinkiem widma elektromagnetycznego wyróżnionym przez fakt,
że oko ludzkie reaguje na ten zakres promieniowania.
Ćwiczenie 28.1
Spróbuj podać zakres długości fal jaki obejmuje światło widzialne. Jakim barwom
odpowiadają różne długości fal z tego zakresu?
Jeżeli rozwiązałeś powyższe ćwiczenie możesz porównać ten wynik z przedstawioną na
rysunku 28.1 względną czułością oka ludzkiego.
Rys. 28.1. Względna czułość oka ludzkiego
Maksimum czułości oka ludzkiego przypada dla barwy zielono-żółtej dla λ = 550 nm.
Więcej o widzeniu barwnym możesz przeczytać w Dodatku 1 , na końcu modułu IX.
kolejnych rozdziałach omówione zostaną zjawiska związane ze światłem widzialnym.
Powin
w odn
niśmy jednak pamiętać, że wszystkie przedstawione fakty są również słuszne
iesieniu do pozostałych części widma fal elektromagnetycznych.
359
W
1676350.003.png 1676350.004.png
Moduł IX- Optyka geometryczna i falowa
28.2 Odbicie i załamanie
28.2.1 Współczynnik załamania, droga optyczna, dyspersja światła
Wiemy już, że światło rozchodzi się w próżni z prędkością c . Natomiast, jak pokazują
wyniki doświadczeń, w ośrodkach materialnych prędkość światła jest mniejsza. Jeżeli
w jednorodnym ośrodku światło przebędzie w czasie t drogę l 1 = v t to droga l jaką w tym
samym czasie światło przebyłoby w próżni wynosi
l
=
tc =
c
l
1
n
l
(28.1)
v
1
gdzie
n =
c
(28.2)
v
nosi nazwę bezwzględnego współczynnika załamania . Natomiast iloczyn drogi
geometrycznej l 1 i współczynnika załamania n nosi nazw drogi optycznej
Tab. 26.1 Bezwzględne współczynniki załamania wybranych ośrodków
(dla λ = 589 nm - żółte światło sodu)
Ośrodek
Współczynnik
załamania
powietrze
1.003
woda
1.33
alkohol etylowy
1.36
kwarc topiony
1.46
szkło zwykłe
1.52
szafir
1.77
diament
2.42
W nagłówku powyższej tabeli podano dla jakiej fali zostały wyznaczone współczynniki
załamania. Jest to ważna informacja bo, jak pokazuje doświadczenie, prędkość fali
przechodzącej przez ośrodek zależy od częstotliwości światła. Zjawisko to nazywamy
dyspersją światła . Dla większości materiałów obserwujemy, że wraz ze wzrostem
częstotliwości fali świetlnej maleje jej prędkość czyli rośnie współczynnik załamania (rys.
28.2).
28.2.2 Prawo odbicia i prawo załamania
Jeżeli światło pada na granicę dwóch ośrodków to ulega zarówno odbiciu na
owierzchni granicznej jak i załamaniu przy przejściu do drugiego ośrodka tak jak
pokazano to na rysunku 28.2 dla powierzchni płaskiej.
360
=
ę . Poniżej
w tabeli 28.1 podane zostały bezwzględne współczynniki załamania wybranych substancji.
p
1676350.005.png 1676350.006.png
Moduł IX- Optyka geometryczna i falowa
Na rysunku pokazana jest też dyspersja światła; promień niebieski jest bardziej zał
niż czerwony. Światło białe, złożone z fal o wszystkich długościach z zakresu widzialnego,
legło rozszczepieni
amany
u to jest rozdzieleniu na barwy składowe. Na rysunku pokazano
promienie świetlne tylko dla dwu skrajnych barw niebieskiej i czerwonej.
u
Rys. 28.2. Odbicie i załamanie światła białego na granicy dwóch ośrodków ( n 2 > n 1 )
Odbiciem i zała
maniem rządzą dwa następujące prawa:
Prawo, zasada, twierdzenie
Prawo odbicia: Promień padający, promień odbity i normalna do powierzchni
granicznej wystawiona w punkcie padania promienia leżą w jednej płaszczyźnie i kąt
padania równa się kątowi odbicia α 1 = α 2 .
Prawo, zasada, twierdzenie
Prawo załamania: Stosunek sinusa kata padania do sinusa kąta załamania jest
równy stosunkowi bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka drugiego n 2 do
bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka pierwszego n , czyli
załamania światła ośrodka drugiego względem
1
współczynnikowi względnemu
pierwszego.
sin
α
=
n
2
=
n
(28.2)
sin
β
n
2
1
1
lu
b
sin
α
= n
n
2
=
v
1
(28.3)
sin
β
v
1
2
n = .
Powyższe prawa dotyczące fal elektromagnetycznych można wyprowadzić z równań
Maxwella, ale jest to matematycznie trudne. Można też skorzystać z prostej (ale ważnej)
zasady odkrytej w XVII w. przez Fermata.
c
361
,
gdzie skorzystaliśmy z definicji bezwzględnego współczynnika załamania v
1676350.001.png 1676350.002.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin