Optika. VIII - Seminář

Transkript

1

2 Optika VIII - Seminář

3 Op-1: Šíření světla Optika - pojem Historie - dva pohledy na světlo ČÁSTICOVÁ TEORIE (I. Newton): světlo je proud částic VLNOVÁ TEORIE (Ch.Huygens): světlo je vlnění prostředí Dělení optiky - paprsková (geometrická) - vlnová - kvantová

4 Barva světla je dána frekvencí! Ale je hůř pamatovatelná, proto se častěji používá vlnová délka

5

6 Op-1: Šíření světla Co to je světlo - světlo je elektromagnetické vlnění o vlnových délkách přibližně 390 nm až 790 nm ve vakuu, které má vlnový i kvantový ráz. Základní pojmy - zdroj světla - světelná energie v nich vzniká - optické prostředí - průhledné/neprůhledné/průsvitné - homogenní - nehomogenní - izotropní - anizotropní

7 1 Šíření světla Šíření světla - princip šíření látkovým prostředím: atom pohltí světelný foton - každý foton nese určité kvantum energie. Přijetím této energie přechází atom do excitovaného stavu elektron přejde na vyšší energetickou hladinu. Z této hladiny se elektron vrací zpět na původní hladinu za současného vyzáření fotonu téhož světla, které pohltil. - princip konstantní rychlosti světla ve vakuu: ve vakuu se všechny barvy světla šíří rychlostí c = m.s -1, tj. k řešení úloh přibližně c = m.s -1.

8 1 Šíření světla - v důsledku mechanismu pohlcení fotonů: a) se v každém látkovém prostředí se světlo šíří pomaleji než ve vakuu b) světla různých barev se šíří v daném prostředí různě rychle c) nejrychleji se v látkovém prostředí šíří světlo červené, nejpomaleji se šíří světlo fialové.

9 1 Šíření světla - rychlost světla v jiném optickém prostředí posuzuje veličina INDEX LOMU n (někdy uváděn jako tzv. absolutní index lomu) -měří, kolikrát je světlo dané barvy (vlnové délky) v daném prostředí pomalejší než ve vakuu n=c/v - jakou má jednotku? - Index lomu pro zelené světlo (527,00nm) v křemenném sklu má hodnotu 1,461, což znamená, že se zelené světlo v křemenném sklu šíří 1,461krát pomaleji než ve vakuu.

10 1 Šíření světla - Př. Určete rychlost žlutého světla ve vodě. (MFChT 172) -Vztah vlnové délky a frekvence světla λ 0 =c/f; λ p =v/f

11 1 Šíření světla Důležité: Frekvence elmg. světelného záření, která určuje barvu světla, je dána kmitáním zdroje a proto se nemění při přechodu mezi jednotlivými prostředími. Vlnová délka určité barvy světla je dána nejen periodou kmitání zdroje, ale také vlastností prostředí, kterým se šíří (v = λ.t). Proto se vlnová délka mění podle toho, jakým prostředím světlo prochází.

12 1 Šíření světla - Př. Určete frekvenci a vlnovou délku modrofialového světla v kuchyňské soli. (MFChT 169, 172)

13 1 Šíření světla Huygensův princip - každý bod vlnoplochy, do něhož vlnění dospělo v určitém časovém okamžiku, lze považovat za zdroj elementárního vlnění, které se z něho šíří v elementárních vlnoplochách. Vlnoplocha v dalším časovém okamžiku je vnější obalová plocha všech elementárních vlnoploch. Fermatův princip nejkratšího času - mezi dvěma body se světlo šíří po takové trajektorii, kterou urazí za nejkratší dobu.

14 2. Zákony šíření světla 1. ZÁKON PŘÍMOČARÉHO ŠÍŘENÍ SVĚTLA ve stejnorodém (=homogenním) optickém prostředí se světlo šíří přímočaře - tzn. paprsek má tvar přímky nebo její části - potvrzující jevy: pozorování světla pronikajícího otvorem - důsledky: stín, zvyk sahat v přímém směru,

15 2 Zákony šíření světla 2. ZÁKON O ZÁMĚNĚ CHODU PAPRSKŮ po téže trajektorii může světlo projít oběma směry - tzn. Jestliže se světelný paprsek šíří z bodu A do bodu B, pak se paprsek bude šířit také z bodu B do bodu A.

16 2 Zákony šíření světla 3. ZÁKON O NEZÁVISLOSTI CHODU PAPRSKŮ Jestliže se dva různé světelné paprsky setkávají v bodě A, pak za tímto bodem se opět šíří nezávisle, tj. tak, jako by se nikdy nesetkaly. - např. paprsky které vychází z plošného zdroje světla se navzájem protínají, přičemž se neovlivňují a postupují dále prostředím nezávisle na sobě

17 2 Zákony šíření světla 4. ZÁKON ODRAZU (světlo se vrací do původního prostředí) úhel odrazu se rovná úhlu dopadu, odražený paprsek leží v rovině dopadu - využití: zobrazení zrcadly α = α

18 2 Zákony šíření světla - odraz do různých směrů - rozptyl světla