Fyzika aplikovaná v geodézii

Transkript

1 Průmyslová střední škola Letohrad Vladimír Stránský Fyzika aplikovaná v geodézii Tento projekt je realizovaný v rámci OP VK a je financovaný ze Strukturálních fondů EU (ESF) a ze státního rozpočtu ČR.

2 OBSAH: 1.TEORETICKÁ OPTIKA 1.1 Shrnutí základních poznatků o šíření světla 1.2 Doplnění poznatků o ohybu a interferenci 1.3 Doplnění poznatků o interferenci na tenkých vrstvách 1.4 Doplnění a poznatků z fotometrie 1.5 Doplnění poznatků o polarizaci světla a jejím využití 1.6 Přehled elektromagnetického vlnění ZOBRAZOVACÍ OPTIKA 2.1 Shrnutí a doplnění poznatků o zobrazení 2.2 Doplnění poznatků o lidském oku 2.3 Optické přístroje GEODETICKÁ OPTIKA 3.1 Optické materiály a disperze 3.2 Absorpce a difúze 3.3 Odrazivost a propustnost 3.4 Antireflexní vrstvy 3.5 Vady čoček a jejich korekce 3.6 Další části optických přístrojů 3.7 Další vlastnosti oka 3.8 Dalekohledy

3 4.MĚŘENÍ DÉLEK ELEKTROMAGNETICKÝMI VLNAMI 4.1 Historie 42 Šíření elektromagnetických vln 4.3 Index lomu vzduchu 4.4 Rychlost šíření elektromagnetických vln 4.5 Modulace elektromagnetických vln 4.6 Metody měření délek elektromagnetickými vlnami 4.7 Světelné a radiové dálkoměry 4.8 Fyzikální opravy měřených délek GLOBAL POSITIONING SYSTÉM 5.1 Princip funkce 5.2 Určování polohy a času 5.3 Struktura systému 5.4 Přesnost měření

4 ÚVOD Následující skripta byla vytvořena pro projekt Popularizace technických oborů a inovace didaktických materiálů pro výuku odborných předmětů na PSŠ Letohrad. Jsou určena pro studenty 3. ročníku oboru Geodézie a katastr nemovitostí v předmětu fyzika optika. 4

5 Fyzika aplikovaná v geodézii 1.TEORETICKÁ OPTIKA 1.1 Shrnutí a doplnění základních poznatků o šíření světla Světlo - příčné elektromagnetické vlnění o vlnové délce nm. - rychlost světla - ve vakuu c = km/s největší možná rychlost - v látkách pomalejší - index lomu/látky/ - udává kolikrát je rychlost světla v látce menší než ve vakuu - n = c/v 1 Látky 1. průhledné všemi směry rovnoměrně přímočaře - izotropní ve všech směrech stejnou rychlostí - anizotropní v různých směrech různá rychlost - 2. průsvitné rozptyl světla /mléko, mlha, / 3.neprůsvitné pohlcování světla /absorpce/ Odraz a lom světla na rozhraní dvou různých prostředí - zákon odrazu : úhel odrazu = úhlu dopadu, α = α 5

6 - zákon lomu: sinα/sinβ = v 1 /v 2 = n 2 /n 1 - druhy lomu ke kolmici - do opticky hustšího prostředí - od kolmice do opticky řidšího prostředí - úplný odraz : na rozhraní s řidším prostředím, je-li úhel dopadu větší než mezní úhel pro lom - lom bílého světla na spektrum červené nejméně, fialové nejvíce Využití: Odrazné hranoly Odrazko Optická vlákna Využití: Spektroskop Vznik duhy Nežádoucí: Barevná vada čoček 6

7 Procvičování lomu světla a/procvičování druhů lomu /index lomu: vzduch - 1,0, voda - 1,33, sklo 1,5/ Načrtněte druhy lomu na rozhraní 3 optických prostředí: 1. pořadí prostředí směrem shora: a/vzduch, voda, sklo b/sklo, vzduch, voda c/voda, sklo, vzduch 2. pořadí prostředí směrem zleva: a/vzduch, sklo, voda b/sklo, vzduch, sklo c/voda, sklo, vzduch 3. pořadí prostředí: a/1.vzduch,2.sklo,3.voda b/1.sklo,2.vzduch,3.voda c/1.voda,2.sklo,3.vzduch pořadí prostředí: a/1.vzduch,2.voda,3.sklo 1. b/1.sklo,2.voda,3.vzduch c/1.voda,2.vzduch,3.sklo sklen. hranol 6. sklen. hranol 7. sklenice s vodou 8. sklenice 9. kapka 10. bublina 7

8 b/ Procvičování lomu bílého světla 1. vzduch 2. stěna akvária viz úl z části a/ voda vzduch voda c/procvičování lomu početní úlohy 1. Určete jak se láme světlo na rozhraní vzduch voda / n = 1,33 / dopadající pod úhly: 0, 10, 20, 30, 90. Výsledky zapište do tabulky a všechny případy znázorněte do jednoho obrázku. Dále sestrojte graf závislosti úhlu lomu β na úhlu dopadu α. α[ ] β[ ] 2. Určete jak se láme světlo na rozhraní vzduch sklo / n = 1,5 / dopadající pod úhly: 0, 10, 20, 30, 90. Výsledky zapište do tabulky a všechny případy znázorněte do jednoho obrázku. Dále sestrojte graf závislosti úhlu lomu β na úhlu dopadu α. Výsledky porovnejte s předcházejícím příkladem. 3. Určete jak se láme světlo na rozhraní sklo/n = 1,5/ - vzduch dopadající pod úhly: 0, 10, 20, 30, Výsledky za pište do tabulky a všechny případy znázorněte do jednoho obrázku. Dále sestrojte graf závislosti úhlu lomu β na úhlu dopadu α a určete mezní úhel dopadu pro lom. m 4. Vypočítejte a zakreslete lom světla a/ sklenicí s vodou podle obr.1, b/sklenicí na obr.2. Vypočtěte úhly β 1,α 2 a β 2, je-li úhel dopadu α 1 a/ 70, b/ 30. obr.1 obr.2 5. Vypočítejte a zakreslete lom světla pravoúhlým hranolem /dovnitř i ven, úhly β 1,α 2 a β 2 / podle obrázku 3 a 4, je-li úhel v horním vrcholu a/ 30, b/45. 8

9 obr.3 obr.4 6. Vypočítejte a zakreslete lom světla a/ kulovou kapkou vody, obr.5 b/ kulovou bublinou ve vodě, obr.6, je-li úhel dopadu vždy 30. obr.5 obr.6 7. O kolik stupňů je Slunce ve skutečnosti pod obzorem /lom světla v atmosféře, obr.7/, když právě zapadá/uvažujte na moři/? /index lomu vzduchu - 1, , uvažujte zjednodušeně ostrou hranici atmosféry s okolním prostorem/ 8. Jak je obraz Slunce, který se při západu dotkl hladiny moře spláclý? Úhlový průměr Slunce je 30 /obr.8/. Porovnejte β 1 a β 2. Obr.7 Obr.8 d/procvičování lomu bílého světla početní úlohy 1. Určete odchylku δ úhlu lomu fialového a červeného světla ze vzduchu do vody pro úhly dopadu 30,60,90. Index lomu fialového světla n f = 1,343, červeného světla n č = 1,329. Dále sestrojte graf závislosti odchylky δ na úhlu dopadu α. 2. Určete odchylku δ úhlu lomu fialového a červeného světla z vody do vzduchu pro úhly dopadu 15,30,45. Index lomu fialového světla n f = 1,343, červeného světla n č = 1,329. Dále sestrojte graf závislosti odchylky δ na úhlu dopadu α. 3. Určete odchylku δ lomu fialového a červeného světla pravoúhlým skleněným hranolem /dovnitř i ven/ - úhly β 1,α 2 a β 2 podle obrázku 4, je-li úhel v horním vrcholu a/ 30, b/45. Index lomu fialového světla n f = 1,51, červeného světla n č = 1,49. 9

10 4. Určete odchylku δ lomu fialového a červeného světla, které projde kulovou kapkou vody pro úhly dopadu 30,60,90. Index lomu fialového světla n f = 1,343, červeného světla n č = 1,329. Můžete využít výsledků v úloze Určete odchylku δ lomu fialového a červeného světla, které projde kulovou bublinou ve vodě pro úhly dopadu 15,30, 45 a 60. Index lomu fialového světla n f = 1,343, červeného světla n č = 1,329. Můžete využít výsledků v úloze 2. e/ Procvičování úplný odraz 1. Pro jaké zorné úhly β 2 /viz. obr.9/ je dno sklenice s vodou při pohledu přes boční stěnu průhledné? Načrtněte druhy lomu, potom dopočítejte mezní případ pro α 1 = 90. Obr.9 Obr.10 Obr Pod jakým úhlem se rozpálená silnice o teplotě 70 C jeví jako zrcadlo? Index lomu vzduchu při 20 C je 1, , při 70 C 1, /obr.10/. Vypočtěte mezní úhel dopadu pro lom na rozhraní mezi studenějším a zahřátým vzduchem. 3. Pro jaké zorné úhly α m /viz. obr.11/ nastává u pravoúhlého rovnoramenného skleněného hranolu na jeho přeponě úplný odraz? 10

11 Celý výukový materiál je možno zdarma získat na vyžádání na nebo na telefonu INFORMAČNÍ ZDROJE: 1/ prof.ing.dr.miroslav Hauf, CSc.: Aplikovaná optika, ČVUT / Jan Hosnedl: Optické jevy v atmosféře 3/ RNDr. Jaroslav Římal, CSc.: Geometrická optika pro geodety 4/ doc.ing. Jiří Streibl: Geodézie, doplňkové skriptum, ČVUT / 11