Inovace předmětu K-Aplikovaná fyzika (KFYZ) byla financována z projektu OPVK Inovace studijních programů zahradnických oborů, reg. č.

Transkript

1 Iovace předmětu K-Aplikovaá fyzika (KFYZ) byla fiacováa z projektu OPVK Iovace studijích programů zahradických oborů, reg. č.: CZ..07/..00/8.00

2 Připravil: Roma Pavlačka K-Aplikovaá fyzika Optika a zářeí Předáška č.5

3 Obsah předášky stráka 3 základí pojmy odraz a lom světla disperze polarizace elektromagetické zářeí geometrická optika

4 Základí pojmy stráka 4 Světlo = elektromagetické vlěí o vlové délce 350m (fialové) až 750m (červeé) se schopostí vyvolat v lidském oku světelý vjem. vlová délka c f f frekvece, ezávisí a prostředí a udává barvu světla. (moochromatické - světlo o určité kostatí frekveci) Rychlost světla ve vakuu: c= m.s - Homogeí optické prostředí: stejé optické vlastosti (idex lomu, atd.) Světelý paprsek: myšleá orietovaá (směr šířeí) přímka kolmá a vloplochu

5 Odraz a lom světla stráka 5 vziká při dopadu světla a rozhraí dvou optických prostředí, v, v k, v k, v Záko odrazu Úhel dopadu se rová úhlu odrazu, Sellův záko platí pro lom světla odražeý paprsek leží v roviě dopadu. siα siβ v v

6 Optické prostředí stráka 6 Prostředí opticky hustší větší idex lomu a meší fázová rychlost řidší meší idex lomu a větší fázová rychlost Všecha optická prostředí mají vždy > absulutí idex c v relativí idex, v v < => lom ke kolmici > => lom od kolmice

7 Odraz a lom světla-příklad stráka 7 vzduch, v siα siβ v v vzduch, v voda, v voda, v A) Plavec B) Plavec C) A) lom ke kolmici vzduch, v voda, v vzduch, v Potápěč B) si,0 si si0,33 si C) si si si 0,0 si90,33 si si 0,00 0 0,75 48,8 si Vrcholový úhel v modrém bodě je cca si

8 Optické prostředí stráka 8 REFRAKTOMETR - přístroj měřící idex lomu a základě m m >, v k =90 0, v pro lom od kolmice =90 0, m - mezí úhel siα m Stupeň Brix ( Bx) apř. 5 Bx z. 00 g roztoku obsahuje 5 g cukru. ČNM ( NM) -Českosloveský ormalizovaý moštoměr Pro Českou republiku a Slovesko. Do stupice je zahrut také vliv ecukrů. Počet kilogramů cukru ve 00 l moštu ( NM ěkdy též ČNM). Stupice je v rozsahu 0-30 NM.

9 Disperze - rozklad světla stráka 9 rozklad světla = světlo se šíří v látce tím rychleji čím je větší jeho vlová délka (meší idex i úhel lomu) Důsledkem je, že paprsky růzých barev se a stejém rozhraí lámou pod růzými úhly. bílé světlo

10 Spektroskopie stráka 0 S P E K T R A emisí vzikají rozkladem světla vycházejícího přímo ze zdroje absorpčí vzikají rozkladem světla, které projde zkoumaou l. spojitá rožhaveé tuhé a kapalé l. čárová atomy rožhaveých p. čárová pásová pásová molekuly l. v p. stavu Poz. - u absorpčích spekter platí, že látka ejvíce pohlcuje to zářeí, které sama vysílá (a místě barevé čáry emisího světla objeví se ve spektru absorpčím stejá čára tmavá) -spektrálí aalýzy se využívá ke kvalitímu (poloha a počet) a kvatitativímu (pomě itezit) posouzeí zkoumaé látky Zemědělství - rozbory půd a další...

11 Polarizace stráka Zdroje světelého zářeí vysílají epolarizovaé světlo. Podstata přirozeého světla = příčé vlěí jehož kmity měí velmi rychle a epravidelě svůj směr POLARIZACE = usměrěí kmitáí světla do jedé roviy Polarizace můžeme dosáhout odrazem, lomem, průchodem ěkterými krystaly Světelé zářeí je elektromagetické vlěí určeé vektorem itezity elektrického pole E a vektorem itezity magetického pole H.

12 Obsah předášky stráka Vektor E a B jsou a směr šířeí EM-vlěí i k sobě avzájem kolmé. Kmitají zcela ahodile. Izotropím prostředí (rychlost světla ezávisí a směru šířeí): bodový zdroj světla je uprostřed izotropího prostředí (rozměry zdroje světla lze zaedbat) světelé vlěí se šíří ve vloplochách směrem od zdroje vloplochy mají směr soustředých kružic (koulí) (obr.: a) ve velké vzdáleosti od zdroje vzikají rovié vloplochy (obr.: b) (zakřiveí je epatré, že lze zaedbat)

13 Mechaický model polarizace stráka 3 epolarizovaá vla P polarizovaá vla A K částečě polarizaci dochází při: Polarizace lomem vektor E kmitá převážě rovoběžě s roviou dopadu polarizačí rovia Polarizace odrazem vektor E kmitá kolmo k roviě dopadu a dochází k úplé polarizaci při tzv. Brewsterův p.ú. Brewsterův záko: Pro světlo dopadající pod Brw. úhlem jsou odražeý a lomeý paprsek avzájem kolmé.

14 Polarizace odrazem-příklad stráka vzduch sklo Idex lomu skla: =,57 si si si si si(90 - ) cos si cos tg arctg arctg 0 0 arctg, ,5 57,5 3,5 0

15 Rotačí polarizace stráka 5 Některé látky (opticky aktiví) mohou stáčet stočit roviu kmitů lieárě polarizovaého světla, které jimi prochází (levotočivé a pravotočivé) zdroj momoch. světla Polarizátor L Aalyzátor dalekohled Polarimetr = přístroj pro měřeí stáčeí roviy polarizovaého světla opticky aktivími látkami Poz.: Cukr je trvale OA (esymetrické uspořádáí atomů) ezaiká ai rozpuštěím. Přechodá OA u látek s krystal. mřížkou (roztaveím zmizí).

16 Elektromagetické zářeí stráka 6 ozačeí pro všechy druhy elektromagetického vlěí společá vlastost EZ = přeos eergie vly zdroj m m dlouhé středí rozhlas -00 m krátké, velmi krátké el. oscilátor 0,- m Hertzovy vly -00 mm mikrovly m tepelé zářeí kmity at. a mol. 0,75 0 m ifračerveé vější el. atomů 0,35-0,75 m optické zářeí viditelé a molekul 0,04-0,35 ultrafialové -00 m 0,0- m Rötgeovo zářeí měkké tvrdé 0,-0 pm zářeí gama EM složka kosmického zářeí vitří el. atomů s vyšším A jaderé pochody

17 Radiometrické veličiy stráka 7 ZÁŘIVÁ ENERGIE = celková eergie přeášeá EM zářeím (E e ) ZÁŘIVÝ TOK = udává eergii, kterou zdroj vyzáří za s Φ e E t e ; [Φ e ] J s W Fotometrické veličiy SVĚTELNÝ TOK = schopost zářivého toku vyvolat v lidském oku zrakový vjem (subjektiví fyziologický char.) Φ ; [Φ] lm (lume) světelý tok vysílaý do prostorového úhlu steradiá bodovým zdrojem, jehož svítivost je ve všech směrech kadela

18 Fotometrické veličiy stráka 8 SVÍTIVOST = vyjadřuje rozložeí světelého toku do jedotlivých směrů v prostoru (svítivost v růzých směrech má růzou velikost) I ; [I] cd ( kadela) OSVĚTLENÍ = charakterizuje účiky světla a určité ploše E S ; [E] lx ( lux)

19 Geometrická optika stráka 9 Paprsek - přímka kolmá a vloplochu udává směr šířeí světla Optická soustava - souhr rozhraí, a íž se odrazem ebo lomem měí směr paprsků vzcházejících z předmětu Skutečý (reálý) obraz - paprsky se za OS protíají, lze ho zachytit a stíítku Neskutečý (zdálivý/virtuálí) obraz - OS vytváří rozbíhavý svazek paprsků, elze ho zachytit a stíítku Předmětový prostor - zpravidla vlevo, prostor před optickou soustavou leží v ěm předmět Obrazový prostor - zpravidla vpravo, prostor za optickou soustavou leží v ěm obraz Paraxiálí paprsky - paprsky svírající s optickou osou velmi malé úhly

20 Rovié zrcadlo stráka 0 obraz je vždy zdálivý, vzpřímeý, stejě veliký jako předmět, souměrý s předmětem podle roviy zrcadla a straově převráceý předmět obraz A A a a

21 Kulové (sférické) zrcadlo stráka Duté (kokáví) zrcadlo = při zobrazeí požíváme tři výzačé paprsky - procházející středem křivosti (modrý) - rovoběžý s optickou osou se odráží do ohiska (červeý) - procházející ohiskem se odráží rovoběžě s optickou osou (zeleý) Příčé zvětšeí a obraz Z = předmět Z>0 => obraz je vzpřímeý a zdálivý Z<0 => obraz je převráceý a skutečý předmět S obraz r F Z > => obraz je zvětšeý Z < => obraz je zmešeý f= r a f

22 Rovié zrcadlo - příklad stráka Výška postavy je 86cm. AB = 0.5 HE BC = 0.5 EF. h = AB + BC = = 0.5( HE + EF ) = = 0.5 (86 cm) = 88 cm.

23 Spojka / Rozptylka stráka 3 (a) Realy převraceý obraz vytvoři spojá čočka tehdy, je-li předmět umístě před ohiskem F. (předmět je alevo od ohiska F ). (b) Obraz je virtuali a ma stejou orietaci jako předmět. (předmět je apravo od ohiska). (c) Rozptylá čočka vytváří virtuálí obraz stejě orietovaý jako předmět ezavisle a tom, zda předmět leži alevo ebo apravo od ohiska.

24 Literatura: HALLIDAY, D., WALKER, J., RESNICK, R. Fyzika Praha VUTIUM 000, OPVK Iovace studijích programů zahradických oborů, reg.č.: CZ..07/..00/8.00 Bartoň S., Křiváek I., Pilát V., Laboratorí cvičeí z fyziky, Bro: Skriptum MZLU, 997 Horák Z, Krupka F., Fyzika. Příručka pro školy techického směru. Svazek a., Praha: SNTL, 976 Matěj V., Rathauský Z., Fyzika-Vybraé části pro obory agroomické a zahradické fakulty, Bro: Skriptum MZLU, 983