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: n1sin α = n2sin 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 αm
Mezní úhel je úhel, při kterém ještě nastává lom světla a lomený
paprsek splývá s optickým rozhraním
Úplný odraz světla
Při úhlech dopadu α > αm 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:
1
sin α m =
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:
c v
f= =
λ0 λ
λ0
⇒ λ=
n
V optickém prostředí o indexu lomu n je vlnová délka světla nkrát menší než ve vakuu.
Rozkladu světla se využívá v hranolovém spektroskopu při
spektrální analýze
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.
A
B
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
(nd = 2,4), b) na vodě (nv = 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 )
Download

prezentace - Fyzika GJVJ