Učební text k přednášce UFY102

Podobné dokumenty
Učební text k přednášce UFY008

Z toho se η využije na zajištění funkcí automobilu a na překonání odporu vzduchu. l 100 km. 2 body b) Hledáme minimum funkce θ = 1.

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK

2.1 Stáčivost v závislosti na koncentraci opticky aktivní látky

Řešení úloh 1. kola 49. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D. Dosazením do rovnice(1) a úpravou dostaneme délku vlaku

Laboratorní práce č.9 Úloha č. 8. Závislost indexu lomu skla na vlnové délce světla Měření indexu lomu refraktometrem:

Petr Šafařík 21,5. 99,1kPa 61% Astrofyzika Druhý Třetí

Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B Autoři úloh: J. Thomas (1, 2, 3, 4, 5, 7), M. Jarešová (6)

Řešení úloh 1. kola 54. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie C. s=v 0 t 1 2 at2. (1)

Fyzika II. Marek Procházka Vlnová optika II

Řešení úloh 1. kola 49. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie A

1. Definiční obor funkce dvou proměnných

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

5. Lokální, vázané a globální extrémy

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úlohač.19 Název: Měření s torzním magnetometrem

Diferenciální geometrie křivek

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Fyzikální praktikum 2

7 Kvantová částice v centrálně symetrickém potenciálu.

FYZIKA I. Kyvadlový pohyb. Prof. RNDr. Vilém Mádr, CSc. Prof. Ing. Libor Hlaváč, Ph.D. Doc. Ing. Irena Hlaváčová, Ph.D. Mgr. Art.

8. Optické zobrazování

Podpora rozvoje praktické výchovy ve fyzice a chemii

Balmerova série. F. Grepl 1, M. Benc 2, J. Stuchlý 3 Gymnázium Havlíčkův Brod 1, Gymnázium Mnichovo Hradiště 2, Gymnázium Šumperk 3

Optika pro mikroskopii materiálů I

Laboratorní úloha č. 7 Difrakce na mikro-objektech

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Úlohač.III. Název: Mřížkový spektrometr

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: ŠČERBOVÁ M. PAVELKA V. NAMÁHÁNÍ NA OHYB A) NOSNÍKY NA DVOU PODPORÁCH ZATÍŽENÉ SOUSTAVOU ROVNOBĚŽNÝCH SIL

Příklad 1. Řešení 1a. Řešení 1b ŘEŠENÉ PŘÍKLADY Z M1B ČÁST 5

Extrémy funkce dvou proměnných

Ústav fyzikálního inženýrství Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně GEOMETRICKÁ OPTIKA. Přednáška 4

Měření závislosti indexu lomu kapalin na vlnové délce

Homogenní rovnice. Uvažujme rovnici. y = f(x, y), (4) kde

Zadání. Pracovní úkol. Pomůcky

MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis

7 FYZIKÁLNÍ OPTIKA. Interference Ohyb Polarizace. Co je to ohyb? 27.2 Ohyb

Název: Studium kmitání matematického kyvadla

Přednáška 12 Obecná deformační metoda, nelineární úlohy u prutových soustav

1. Stanovte velikost rychlosti světla ve vzduchu. 2. Stanovte velikosti rychlostí světla v kapalinách a zjistěte odpovídající indexy lomu.

Normálové napětí a přetvoření prutu namáhaného tahem (prostým tlakem) - staticky určité úlohy

Management rekreace a sportu. 10. Derivace

Otázku, kterými body prochází větev implicitní funkce řeší následující věta.

Úloha č. 5. Měření zvětšení lupy a mikroskopu

Úloha 3: Mřížkový spektrometr

Funkce v ıce promˇ enn ych Extr emy Pˇredn aˇska p at a 12.bˇrezna 2018

Měření vlnové délky spektrálních čar rtuťové výbojky pomocí optické mřížky

SBÍRKA ŘEŠENÝCH FYZIKÁLNÍCH ÚLOH

EXTRÉMY FUNKCÍ VÍCE PROMĚNNÝCH

PRAKTIKUM III. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Jan Polášek stud. skup. 11 dne

Řešení: Nejdříve musíme určit sílu, kterou působí kladka proti směru pohybu padajícího vědra a napíná tak lano. Moment síly otáčení kladky je:

Název a číslo materiálu VY_32_INOVACE_ICT_FYZIKA_OPTIKA

6. DIFERENCIÁLNÍ POČET FUNKCE VÍCE PROMĚNNÝCH

1 ROZMĚRY STĚN. 1.1 Délka vnější stěny. 1.2 Výška vnější stěny

IX. Vyšetřování průběhu funkce

Lineární algebra : Metrická geometrie

NOVÁ METODA NÁVRHU PRŮMYSLOVÝCH PODLAH Z VLÁKNOBETONU

IV. Základní pojmy matematické analýzy IV.1. Rozšíření množiny reálných čísel

označme j = (0, 1) a nazvěme tuto dvojici imaginární jednotkou. Potom libovolnou (x, y) = (x, 0) + (0, y) = (x, 0) + (0, 1)(y, 0) = x + jy,

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ. Příklady použití tenkých vrstev Jaromír Křepelka

Schöck Isokorb typ Q, Q-VV, QP, QP-VV

Implicitní funkce. 2 + arcsin(x + y2 ) = arccos(y + x 2 ), [0, 0] , 5] stacionární bod?

Derivace funkce. existuje limita lim 0 ) xx xx0. Jestliže tato limita neexistuje nebo pokud funkce ff

Otázky z optiky. Fyzika 4. ročník. Základní vlastnosti, lom, odraz, index lomu

9.5. Soustavy diferenciálních rovnic

9. T r a n s f o r m a c e n á h o d n é v e l i č i n y

14. Monotonnost, lokální extrémy, globální extrémy a asymptoty funkce

9. T r a n s f o r m a c e n á h o d n é v e l i č i n y

VII. Limita a spojitost funkce

Praktikum školních pokusů 2

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, Fakulta technologická Ústav fyziky a materiálového inženýrství

Zadání. Pracovní úkol. Pomůcky

Rovinná monochromatická vlna v homogenním, neabsorbujícím, jednoosém anizotropním prostředí

Obr. 4 Změna deklinace a vzdálenosti Země od Slunce v průběhu roku

I Stabil. Lepený kombinovaný nosník se stojnou z desky z orientovaných plochých třísek - OSB. Navrhování nosníků na účinky zatížení podle ČSN

VLNOVÁ OPTIKA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - 3. ročník

4.1 Shrnutí základních poznatků

7 Mezní stavy použitelnosti

Hledáme lokální extrémy funkce vzhledem k množině, která je popsána jednou či několika rovnicemi, vazebními podmínkami. Pokud jsou podmínky

Řešení. Označme po řadě F (z) Odtud plyne, že

Neživá příroda I. Optické vlastnosti minerálů

4EK213 LINEÁRNÍ MODELY

Aplikovaná numerická matematika

f(x) = arccotg x 2 x lim f(x). Určete všechny asymptoty grafu x 2 2 =

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE

Matematika I 12a Euklidovská geometrie

CZ.1.07/2.2.00/ AČ (RCPTM) Spektroskopie 1 / 24

14. přednáška. Přímka

Řešení úloh celostátního kola 49. ročníku fyzikální olympiády. Autořiúloh:P.Šedivý(1),L.Richterek(2),I.Volf(3)aB.Vybíral(4)

ρ = 0 (nepřítomnost volných nábojů)

Kreslení elipsy Andrej Podzimek 22. prosince 2005

(Následující odstavce jsou zde uvedeny jen pro zájemce.) , sin2π, (2)

Funkce a limita. Petr Hasil. Podpořeno projektem Průřezová inovace studijních programů Lesnické a dřevařské fakulty MENDELU v Brně (LDF)

Řešení úloh 1. kola 59. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů

Digitální učební materiál

Světlo x elmag. záření. základní principy

Statika 2. Vetknuté nosníky. Miroslav Vokáč 2. listopadu ČVUT v Praze, Fakulta architektury. Statika 2. M.

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Vlnové vlastnosti světla difrakce, laser

n(ω) = ε r (ω)µ r (ω). látky, atd. V rámci praktika budou použity 2 metody, a sice měření indexu lomu kapalin

Téma 4 Výpočet přímého nosníku

Označení derivace čárkami, resp. římskými číslicemi, volíme při nižším řádu derivace, jinak užíváme horní index v závorce f (5), f (6),... x c g (x).

Měření prostupu tepla

Transkript:

Učební text k přeášce UFY0 Lom hranoem ámavé stěny ámavá hrana ámavý úhe ϕ deviace δ úhe, o který je po výstupu z hranou vychýen světený paprsek ežící v rovině komé k ámavé hraně (v tzv. havním řezu hranou), který se áma na obou ámavých stěnách Obr. LH. Havní řez ámavého hranou. Z obrázku je zřejmé, že patí δ + ϕ () ϕ β + β () čii δ + ) ( β + ) (3) ( β Zákon omu pro první a druhé rozhraní sin nsin β (4a) sin nsin β (4b) Aby světo hranoem vůbec prošo, musí být úhe dopadu na druhé rozhraní β menší než mezní úhe β, tj. z (4b) a () pyne sin β n β > ϕ β sin( ϕ β ) < sin β a tedy. Ze (4a) potom vypyne podmínka pro úhe dopadu na rozhraní sin sin0 nsin( ϕ β kde 0 je úhe dopadu na první rozhraní, při kterém bude β β )

Učební text k přeášce UFY0 Z nerovnosti nsin( ϕ β ) sin( ϕ β ) sin β n vypývá omezující podmínka pro ámavý úhe ϕ β (5) a ze vztahu sin sin0 nsin( ϕ β ) dostáváme omezující podmínku pro úhe dopadu na první rozhraní arcsin( nsin( ϕ β )) (6) 0 Protože ámavý úhe hranou musí být menší než dvojnásobek mezního úhu, dopadající a prošé paprsky jsou charakterizovány násedujícími podmínkami: 0 < < 90 90 > > 0 V závisosti na veikosti ámavého úhu mohou nastat čtyři případy:. ϕ β, potom ze vztahu (??) vypývá, že sin, tedy 90 a žáý paprsek hranoem neprojde.. β < ϕ < β, potom úhe ϕ - β nabývá hoot mezi 0 a β a 0 nsin( ϕ β ) <, < a tedy úhe dopadu může nabývat hoot mezi 0 a 90 a úhe mezi 90 a 0 ( 0 > 0). 3. ϕ β, potom 0 0 a všechny paprsky s úhem dopadu v intervau 0, 90 hranoem procházejí. 4. 0 < ϕ < β, potom 0 je záporné a všechny paprsky s úhem dopadu v intervau,90 0 hranoem procházejí. Ze (4b) s užitím () a (4a) ze vyjádřit úhe arcsin( nsin β ) arcsin arcsin sin ( ϕ n sin sin cosϕ ) [ nsin( ϕ β )] arcsin[ n(sinϕ sin β cosϕ) ] a dosazením do () vyjádřit deviaci jako funkci úhu dopadu ( sinϕ sin sin ϕ ) ϕ δ + arcsin n cos (7) Závisost deviace δ na úhu dopadu pro hrano s ámavým úhem ϕ 60 a indexem omu n,5 je znázorněna na Obr. LH.

Učební text k přeášce UFY0 Sečteme-i (4a) a (4b) sin + sin n (sin β + sin β) upravíme + sin cos β + β β n.sin cos β a dosazením z () a () nakonec odvodíme vztah δ + ϕ β β sin cos ϕ sin cos (8) 60 90 ο + 0 ϕ deviace δ (deg) 50 40 δ min 30 0 min 30 40 50 60 70 80 90 úhe dopadu (deg) Obr. LH. Závisost deviace na úhu dopadu pro hrano s ámavým úhem ϕ 60 a indexem omu n,5. inimání deviaci δ min určíme z podmínky 0 Z () v případě minimání deviace (podmínka (9)) dostáváme a diferencováním (3) a (4) dostáváme dβ dβ (9) (0) 3

Učební text k přeášce UFY0 ze (4a) ze (4b) dβ cos n cos n cos dβ β a odtud cos cos Z (7) a (8) pro minimání deviaci získáme podmínku cos 0 cos Umocněním a dosazením z (4) nakonec dojdeme k rovnici () () n sin β n sin β, která bude spněna pokud β β β a tedy (druhý kořen rovnice výše, β β, impikuje ϕ 0 a nemá tudíž fyzikání smys). To, že se jeá o minimum ze ukázat výpočtem druhé derivace. Jeodušeji to ze ukázat z průběhu deviace jako funkce úhu dopadu v intervau,90 0 : pro 0 90 cos 0 z (0) d pro 90 0 cos 0 z (0), čii derivace deviace pode úhu dopadu je na intervau,90 0 rostoucí funkcí a tudíž funkce δ δ( ) na tomto intervau prochází minimem. Při minimání deviaci tedy nastává symetrický chod světeného paprsku hranoem, neboť ze vztahů () a () vypývá δ min ϕ a ϕ β 4

Učební text k přeášce UFY0 Obr. LH3: Symetrický chod paprsků hranoem při minimání deviaci. Dosazením do (4b) potom dostáváme podmínku pro úhe dopadu při minimání deviaci min ϕ min arcsin n sin V případě minimání deviace potom z (6) vypývá známý vztah ϕ + δ min sin sin n, (3) sin β ϕ sin který je používán pro určování indexu omu ska. Změříme-i minimání deviaci δ min a ámavý úhe ϕ pomocí hranoového spektrometru, můžeme ze vztahu (3) stanovit pro danou vnovou déku index omu hranou n. ámavý úhe ϕ minimání úhe dopadu 0 minimání deviace δ min úhe dopadu při minimání deviaci min 30-7 53 5 4 50 40-43 44 30 5 50 0 8 4 39 60 7 55 37 48 35 70 45 7 48 43 59 80 68 69 4 74 37 83 8 3 84 83 4 Tab. LH: inimání úhe dopadu, minimání deviace a úhe dopadu při minimání deviaci pro různé ámavé úhy. Hooty uvedené v tabuce byy vypočteny pro hrano s indexem omu n,5. Z hooty mezního úhu (β arcsin(/n) 4 49 ) vypývá omezující podmínka pro ámavý úhe ϕ < β 83 37. Záporné hooty úhu dopadu znamenají, že dopadající paprsek eží vpravo od komice dopadu (úhe měříme od komice k paprsku). 5

Učební text k přeášce UFY0 Disperze hranou Index omu hranou je funkcí vnové déky λ (obr. LH4) n n(λ) a proto i deviace δ bude záviset na λ δ δ (λ) Úhovou disperzi definujeme vztahem D (4) dλ dλ Zatímco první faktor na pravé straně vztahu (4) zcea závisí na geometrickém uspořádání, druhý charakterizuje disperzi materiáu, z něhož je hrano vyroben. Protože úhe dopadu.530 index omu.55.50.55.50 400 500 600 700 800 vnová déka (nm) Obr. LH4: Závisost indexu omu na vnové déce pro sko BK7 (Schott). nezávisí na vnové déce světa (předpokádáme, že na ámavou stěnu hranou dopadá koimovaný svazek a úhe dopadu je tudíž stejný pro všechny vnové déky), dostáváme diferencováním (3) a () d β dβ a z (4) dβ sin β + n d dβ cos n sin β + a odtud eiminujeme 0 6

Učební text k přeášce UFY0 ( β + β ) sin sinϕ cos cos (5) Obr. LH5: Rozkad světa hranoem. O ϕ f vstupní šterbina A b B výstupní štěrbina předmětová rovina koimátor kondenzor obrazová rovina Obr. LH6: Schéma hranoového spektrografu (průchod světa při minimání deviaci). Za podmínky minimání deviace bude mít vztah (5) tvar ϕ ϕ ϕ sin cos OBsin sinϕ sinϕ b (6) cos ϕ ϕ coscos coscos OB cos kde označuje příčný rozměr světeného svazku a b rozměr zákay hranou (viz obr. LH6). Dosazením do vztahu (4) potom dostáváme pro úhovou disperzi hranou vztah D b (7) dλ S užitím (7) potom můžeme vyjádřit změnu deviace Δ δ při změně vnové déky λ o Δ λ 7

Učební text k přeášce UFY0 b Δ δ Δ λ (8) dλ Lineární disperzi hranoového spektrometru na obr. LH6 potom můžeme vyjádřit jako b (9) λ D fd f d kde f je ohnisková vzdáenost kondenzoru. Pro b 4 cm, D dλ 4-0 nm cm 4, a f 0 cm bude.0 rad/nm a 5 4.0 m/nm. Reciproká ineární disperze p tom bude D D 5 nm/mm, tedy na mm v obrazové rovině spektrometru pae interva vnových déek široký 5 nm. D r Pokud jde o rozišovací schopnost hranoového spektrometru, pode Rayeighova kritéria musí být (omezený příčný rozměr svazku představuje šířku "štěrbiny") úhová vzdáenost centráních ohybových maxim vnové déky λ a λ + Δ λ aespoň λ Δ δ (0) S užitím vztahu (8) dostáváme b λ Δ δ Δ λ () dλ Odtud snao získáme vztah pro rozišovací schopnost (Resoving Power) λ RP.. b Δλ d λ Pro výše uvedený příkad bude -4-3 RP.. 4 cm. 0 nm 4.0 4000. To znamená, že pro λ 500 nm jsme schopni rozišit dvě vnové déky išící se o 500 nm Δ λ 0,5 nm. 4000 () 8