ODRAZ A LOM SVĚTLA Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Septima - Fyzika - Optika
Odraz světla Vychází z Huygensova principu Zákon odrazu: Úhel odrazu vlnění je roven úhlu dopadu. Obvykle provádíme konstrukci pomocí paprsků - odražený paprsek pak zůstává v rovině dopadu Úhly odrazu a dopadu měříme vždy od kolmice dopadu!
Odraz světla Vychází z Huygensova principu Zákon odrazu: Úhel odrazu vlnění je roven úhlu dopadu. Obvykle provádíme konstrukci pomocí paprsků - odražený paprsek pak zůstává v rovině dopadu Úhly odrazu a dopadu měříme vždy od kolmice dopadu!
Lom světla Zákon lomu:poměr sinu úhlu dopadu a sinu úhlu lomu je pro daná dvě prostředí stálá veličina a rovná se poměru rychlostí vlnění v obou prostředích. Nazývá se index lomu vlnění n pro daná prostředí. Lomený paprsek zůstává v rovině dopadu.
Lom světla Absolutní index lomu: n=c/v Snellův zákon: n 1 sin α = n 2 sin β Opticky hustší a opticky řidší prostředí Podle zákona lomu nastává při přechodu světla z prostředí opticky řidšího do prostředí opticky hustšího lom světla ke kolmici a při opačném přechodu lom světla od kolmice. Lomený paprsek zůstává v rovině dopadu.
Lom světla led 1,31 voda 1,33 ethylalkohol 1,36 běžné sklo 1,50 korundové sklo 1,52 flintové sklo 1,76 sirouhlík CS2 1,63 diamant 2,42
Úplný odraz světla Nastává při průchodu světla z prostředí opticky hustšího do prostředí opticky řidšího S rostoucím úhlem dopadu α roste úhel lomu β Při určitém úhlu dosáhne úhel lomu maximální hodnotu β = 90 - tento úhel nazýváme mezní úhel α m Mezní úhel je úhel, při kterém ještě nastává lom světla a lomený paprsek splývá s optickým rozhraním
Úplný odraz světla Při úhlech dopadu α > α m již světlo do druhého prostředí nepronikne a jen se v opticky hustším prostředí odráží Je-li opticky řidším prostředím vakuum, respektive vzduch, a opticky hustší prostředí má index lomu n, pak platí: sinα m = 1 n
Úplný odraz světla Refraktometry - zařízení umožňující podle mezního úhlu určit index lomu dané látky Triedr ( odrazný hranol ) - slouží k převracení obrazu Optický kabel - slouží k rychlému a těžko rušitelnému přenosu digitálního signálu
Úplný odraz světla
Disperze světla Disperzí neboli rozkladem bílého světla nazýváme děj, kdy při lomu světla se okraj lomeného svazku paprsků zbarvuje fialově ( blíže ke kolmici ), respektive červeně ( dále od kolmice ) Rychlost světla se zpravidla s rostoucí frekvencí zmenšuje - nastává normální disperze Index lomu optického prostředí závisí na frekvenci světla a při normální disperzi se s rostoucí frekvencí zvětšuje.
Disperze světla Důsledkem je zjištění, že bílé světlo se skládá z jednoduchých ( barevných ) světel Nejvíce se láme paprsek fialového světla, nejméně pak paprsek červeného světla K demonstraci se používá tzv. optický hranol - jeho hladké rovinné plochy nazýváme lámavé plochy, které navzájem svírají lámavý úhel Světlo se zde láme dvakrát, proto je odchylka větší Vzniklý rozklad světla nazýváme hranolové spektrum
Disperze světla Bílé světlo se hranolem rozloží na spektrum, v němž jsou zastoupeny všechny barvy odpovídající paprskům monofrekvenčního světla v posloupnosti: červená ( nejmenší hodnota indexu lomu ), oranžová, žlutá, zelená, modrá, fialová.
Disperze světla Při průchodu hranolem se frekvence světla nemění, platí tedy: f = c λ 0 = v λ λ = λ 0 V optickém prostředí o indexu lomu n je vlnová délka světla n- krát menší než ve vakuu. Rozkladu světla se využívá v hranolovém spektroskopu při spektrální analýze n
Příklad 1 Turista stojící u Eiffelovy věže v Paříži zjistil, že délka stínu věže je 370 m, zatímco jeho postava vrhá stín délky 208 cm. Určete výšku Eiffelovy věže, jestliže víte, že turista byl vysoký 180 cm.
Příklad 2 Člověk, jehož postava má výšku 1,7 m, jde rychlostí 1 m/s směrem je stožáru pouliční lampy. V určitém okamžiku má stín postavy délku 1,8 m a po uplynutí doby 2 s je délka stínu 1,3 m. V jaké výšce je umístěna pouliční lampa?
Příklad 3 Plošný zdroj světla ve tvaru kotouče o průměru 20 cm je umístěn ve vzdálenosti 2 m od stínítka. V jaké nejmenší vzdálenosti od stínítka musíme umístit míček o průměru 8 cm, aby na stínítku nevznikl jeho plný stín, ale jen polostín?přímka procházející středem zdroje světla a míčku je kolmá na rovinu stínítka.
Příklad 4 Světelný paprsek vychází z bodu A a po odrazu na vodorovné ploše prochází bodem B. Geometrickou konstrukcí určete bod na vodorovné ploše, v němž nastává odraz světla. B A
Příklad 5 Nad středem kruhového bazénu o poloměru 5 m, neplněného po okraj vodou, visí ve výšce 3 m osvětlovací lampa. Jak daleko od okraje bazénu se může postavit člověk, který má výšku 180 cm, aby ještě viděl odraz světla lampy od hladiny vody?
Příklad 6 Index lomu vody pro červené světlo je 1,331 a pro fialové 1,343. Určete rychlost světla ve vodě v obou případech. Určete úhel mezi lomeným červeným a fialovým paprskem, jestliže světelný paprsek bílého světla dopadá na povrch vody pod úhlem 60.
Příklad 7 Jaký musí být úhel dopadu na povrch skla o indexu lomu 1,7, aby úhel lomu byl roven polovině úhlu dopadu?
Příklad 8 Lomený a odražený paprsek jsou navzájem kolmé, přičemž úhel dopadu je 53. Určete index lomu látky, jestliže světlo dopadá na rozhraní ze vzduchu.
Příklad 9 Určete mezní úhel pro úplný odraz světla a) na diamantu (n d = 2,4), b) na vodě (n v = 1,33), c) na diamantu ponořeném do vody.
Příklad 10 Na hladině jezera plove vor o rozměrech 8 m x 6 m. Určete rozměry plného stínu na dně jezera osvětleného rozptýleným světlem. Hloubka jezera je 2 m.
Barva světla Newton: bílé světlo lze rozložit na barevná světla, stejně ale lze složit s barevných světel světlo bílé Vjem bílého světla je tedy důsledkem souhrnného vjemu monofrekvenčních světel různých barev Výsledný barevný vjem nazýváme odstín nebo tón barvy Barvu světla určuje jeho spektrální složení, tzn. souhrn monofrekvenčních světel a jejich intenzit, které dané světlo obsahuje. Barva předmětu závisí také na barvě světla, kterým je předmět osvětlen.
Barva světla Aditivní ( součtové ) míšení světla - např. na bílý papír posvítíme červeným, zeleným a modrým světlem Bílou barvu opět získáme míšením základních barev - červené, zelené a modré Každá barva má doplňkovou barvu - po smíšení s touto barvou vznikne bílé světlo ( azurová, purpurová, žlutá )
Barva světla Subtraktivní ( odečítací ) míšení barev - např-. před zdroj bílého světla umísťujeme postupně červený, modrý a zelený filtr - na bílém osvětlovaném papíře pak vznikne černé světlo Teorií míchání barev se zabývá kolorimetrie.
Barva světla Aditivní míšení: např. v monitorech Základní soustava tří barev RGB - červená ( Red, 610 nm ), zelená ( Green, 535 nm ) a modrá ( Blue, 470 nm ) Subtraktivní míšení: např. v tisku V tisku se využívá soustava CMYK - azurová ( Cyan ), purpurová ( Magenta ), žlutá ( Yellow ) a černá ( black )