Optyka. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat. Prawa odbicia i załamania. Uniwersytet Rzeszowski, 22 listopada 2017

Podobne dokumenty
Optyka. Wykład IX Krzysztof Golec-Biernat. Optyka geometryczna. Uniwersytet Rzeszowski, 13 grudnia 2017

Optyka. Wykład XI Krzysztof Golec-Biernat. Równania zwierciadeł i soczewek. Uniwersytet Rzeszowski, 3 stycznia 2018

Falowa natura światła

Fala elektromagnetyczna o określonej częstotliwości ma inną długość fali w ośrodku niż w próżni. Jako przykłady policzmy:

Optyka. Wykład X Krzysztof Golec-Biernat. Zwierciadła i soczewki. Uniwersytet Rzeszowski, 20 grudnia 2017

Wykład 17: Optyka falowa cz.2.

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

Optyka. Wykład V Krzysztof Golec-Biernat. Fale elektromagnetyczne. Uniwersytet Rzeszowski, 8 listopada 2017

Optyka geometryczna Tadeusz M.Molenda Instytut Fizyki, Uniwersytet Szczeciński. Załamanie światła

Zasada Fermata mówi o tym, że promień światła porusza się po drodze najmniejszego czasu.

Wyznaczanie współczynnika załamania światła za pomocą mikroskopu i pryzmatu

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA METODĄ SZPILEK I ZA POMOCĄ MIKROSKOPU

Dr Piotr Sitarek. Instytut Fizyki, Politechnika Wrocławska

Podstawy fizyki wykład 8

Optyka 2012/13 powtórzenie

Fale elektromagnetyczne. Obrazy.

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

POMIAR APERTURY NUMERYCZNEJ

ZAJĘCIA WYRÓWNAWCZE, CZĘSTOCHOWA, 2010/2011 Ewa Mandowska, Instytut Fizyki AJD, Częstochowa

Wykład XI. Optyka geometryczna

Fizyka dla Informatyki Stosowanej

OPTYKA. Leszek Błaszkieiwcz

Ćw. 20. Pomiary współczynnika załamania światła z pomiarów kąta załamania oraz kąta granicznego

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Optyka geometryczna. dr inż. Ireneusz Owczarek CMF PŁ 2012/13

Spis treści. Od Autorów... 7

Podstawy Fizyki III Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Mateusz Winkowski, Łukasz Zinkiewicz

Sposób wykonania ćwiczenia. Płytka płasko-równoległa. Rys. 1. Wyznaczanie współczynnika załamania materiału płytki : A,B,C,D punkty wbicia szpilek ; s

Załamanie na granicy ośrodków

KATEDRA TELEKOMUNIKACJI I FOTONIKI

Podstawowe informacje o przedmiocie (niezależne od cyklu)

WYDZIAŁ.. LABORATORIUM FIZYCZNE

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

Wykład I Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 16

ŚWIATŁO I JEGO ROLA W PRZYRODZIE

POMIARY OPTYCZNE 1. Wykład 1. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 6, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

Elektrodynamika Część 8 Fale elektromagnetyczne Ryszard Tanaś Zakład Optyki Nieliniowej, UAM

Wykład 16: Optyka falowa

OPTYKA W INSTRUMENTACH GEODEZYJNYCH

Prawa optyki geometrycznej

Uwzględniając związek między okresem fali i jej częstotliwością T = prędkość fali można obliczyć z zależności:

Wykład 16: Optyka falowa

Badanie przy użyciu stolika optycznego lub ławy optycznej praw odbicia i załamania światła. Wyznaczanie ogniskowej soczewki metodą Bessela.

Podstawy Fizyki IV Optyka z elementami fizyki współczesnej. wykład 18, Radosław Chrapkiewicz, Filip Ozimek

- Strumień mocy, który wpływa do obszaru ograniczonego powierzchnią A ( z minusem wpływa z plusem wypływa)

Fizyka elektryczność i magnetyzm

Wykład FIZYKA II. 7. Optyka geometryczna. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

Ćwiczenia z mikroskopii optycznej

Badanie właściwości optycznych roztworów.

Laboratorium techniki laserowej. Ćwiczenie 5. Modulator PLZT

20. Na poniŝszym rysunku zaznaczono bieg promienia świetlnego 1. Podaj konstrukcję wyznaczającą kierunek padania promienia 2 na soczewkę.

PDF stworzony przez wersję demonstracyjną pdffactory

Fale elektromagnetyczne w dielektrykach

35 OPTYKA GEOMETRYCZNA. CZĘŚĆ 2

REFRAKTOMETRIA. 19. Oznaczanie stężenia gliceryny w roztworze wodnym

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

LASERY I ICH ZASTOSOWANIE

BADANIE INTERFERENCJI MIKROFAL PRZY UŻYCIU INTERFEROMETRU MICHELSONA

Fotonika. Plan: Wykład 9: Interferencja w układach warstwowych

pobrano z serwisu Fizyka Dla Każdego zadania z fizyki, wzory fizyczne, fizyka matura

ĆWICZENIE 41 POMIARY PRZY UŻYCIU GONIOMETRU KOŁOWEGO. Wprowadzenie teoretyczne

Wykład 17: Optyka falowa cz.1.

Optyka geometryczna MICHAŁ MARZANTOWICZ

SCENARIUSZ LEKCJI Z WYKORZYSTANIEM TIK


STOLIK OPTYCZNY 1 V Przyrząd jest przeznaczony do wykonywania ćwiczeń uczniowskich z optyki geometrycznej.

Optyka stanowi dział fizyki, który zajmuje się światłem (także promieniowaniem niewidzialnym dla ludzkiego oka).

+OPTYKA 3.stacjapogody.waw.pl K.M.

optyk e geometryczna, Prawa i zasady Optyka geometryczna Odbicie s wiatła Notatki Notatki Notatki Notatki dr inz. Ireneusz Owczarek 2013/14

INTERFERENCJA WIELOPROMIENIOWA

Podstawy fizyki wykład 7

Wykład 12: prowadzenie światła

Fizyka. dr Bohdan Bieg p. 36A. wykład ćwiczenia laboratoryjne ćwiczenia rachunkowe

przenikalność atmosfery ziemskiej typ promieniowania długość fali [m] ciało o skali zbliżonej do długości fal częstotliwość [Hz]

Ćwiczenie: "Zagadnienia optyki"

OPTYKA FALOWA. W zjawiskach takich jak interferencja, dyfrakcja i polaryzacja światło wykazuje naturę

17. Który z rysunków błędnie przedstawia bieg jednobarwnego promienia światła przez pryzmat? A. rysunek A, B. rysunek B, C. rysunek C, D. rysunek D.

ZADANIE 111 DOŚWIADCZENIE YOUNGA Z UŻYCIEM MIKROFAL

- 1 - OPTYKA - ĆWICZENIA

Prawo odbicia światła. dr inż. Romuald Kędzierski

1 Płaska fala elektromagnetyczna

Zasady oceniania karta pracy

9. Optyka Interferencja w cienkich warstwach. λ λ

WŁASNOŚCI ŚWIATŁA. 1. Optyka geometryczna i falowa zasady i prawa optyki geometrycznej całkowite wewnętrzne odbicie; światłowody

Ć W I C Z E N I E N R O-1

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA W PRZEZROCZYSTYM MATERIALE METODĄ KĄTA NAJMNIEJSZEGO ODCHYLENIA

OPTYKA GEOMETRYCZNA I INSTRUMENTALNA

Rodzaje fal. 1. Fale mechaniczne. 2. Fale elektromagnetyczne. 3. Fale materii. dyfrakcja elektronów

Prędkość fazowa i grupowa fali elektromagnetycznej w falowodzie

Pomiar długości fali świetlnej i stałej siatki dyfrakcyjnej.

FIZYKA KLASA III GIMNAZJUM

Wstęp do astrofizyki I

Laboratorium techniki światłowodowej. Ćwiczenie 3. Światłowodowy, odbiciowy sensor przesunięcia

LABORATORIUM Z FIZYKI Ć W I C Z E N I E N R 2 ULTRADZWIĘKOWE FALE STOJACE - WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FAL

SPRAWDZIAN NR Na zwierciadło sferyczne padają dwa promienie światła równoległe do osi optycznej (rysunek).

OPTYKA KWANTOWA Wykład dla 5. roku Fizyki

Wstęp do astrofizyki I

Transkrypt:

Optyka Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Prawa odbicia i załamania Uniwersytet Rzeszowski, 22 listopada 2017 Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 1 / 20

Plan Zachowanie pola elektromagnetycznego na granicy dwóch ośrodków Trzy prawa optyki geometrycznej Całkowite wewnętrzne odbicie Pryzmat Źródło rysunków do wykładu: Wikipedia, D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Podstawy fizyki, tom4, PWN 2014 Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 2 / 20

Zachowanie pola elektromagnetycznego na granicy dwóch ośrodków Na powierzchni rozgraniczającej dwa ośrodki w każdym punkcie zachodzi ɛ 1 E1 = ɛ 2 E2 B 1 = B 2 E 1 = E 2 1 B1 = 1 B2 µ 1 µ 2 oznacza składowe wektorów prostopadłe do powierzchni, a oznacza składowe wektorów równoległe do powierzchni. Składowe mnożone przez przenikalności elektryczne ɛ i magnetyczne µ są nieciągłe przy przejściu przez powierzchnię. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 3 / 20

Zachowanie fali płaskiej na granicy dwóch ośrodków Padająca fala płaska częściowo odbija się od granicy ośrodka i częściowo przechodzi przez ośrodek E I = E I 0 e i( k I r ωt) E R = E R 0 e i( k R r ωt) E T = E T 0 e i( k T r ωt) (Incident padaja ca) (Reflected odbita) (Transmitted przechodza ca) Różne wektory falowe k I, k R, k T spełniające związek dyspersyjny ω = v 1 k I = v 1 k R = v 2 k T Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 4 / 20

Warunki graniczne dla pól elektromagnetycznych Granica to płaszczyzna z = 0. Dla punktów płaszczyzny r = (x, y, 0) zachodzi w każdej chwili czasu t ɛ 1( E I + E R ) = ɛ 2 E T B I + B T = B T E I + E R = E T 1 ( B µ I + B R ) = 1 B T 1 µ 2 Po podstawieniu fal płaskich otrzymujemy następującą strukturę równań ( ) e i( k I r ωt) + ( ) e i( k R r ωt) = ( ) e i( k T r ωt) Można je spełnić, gdy dla każdego r = (x, y, 0) zachodzi ki r = k R r = k T r Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 5 / 20

Płaszczyzna padania Warunek: k Ix x + k Iy y = k Rx x + k Ry y = k Tx x + k Ty y Stąd równość składowych wektorów falowych k Ix = k Rx = k Tx k Iy = k Ry = k Ty Jeżeli k I leży w płaszczyźnie rysunku to k Iy = 0 i stąd k Ry = k Ty = 0. Wektory k R i k T leżą w płaszczyźnie rysunku - płaszczyźnie padania. Pierwsze prawo optyki geometrycznej - wektory falowe k I, k R i k T leżą w jednej płaszczyźnie padania, prostopadłej do granicy ośrodków. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 6 / 20

Prawo odbicia Z równości składowych x-owych wektorów falowych w ośrodku 1 wynika k Ix = k Rx => k I sin θ I = k R sin θ R Z relacji dyspersyjnej ω = v 1 k I = v 1 k R wynika równość k I = k R. Stąd sin θ I = sin θ R => θ I = θ R Drugie prawo optyki geometrycznej - kąt odbicia równa się kątowi padania. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 7 / 20

Prawo załamania - prawo Snelliusa Z równości składowych x-owych wektorów falowych w ośrodku 1 i 2 k Ix = k Tx => k I sin θ I = k T sin θ T Z relacji dyspersyjnej ω = v 1 k I = v 2 k T wynika k T / k I = v 1/v 2. Stąd sin θ I = v1 v 2 sin θ T => c v 1 sin θ I = c v 2 sin θ T Trzecie prawo optyki geometrycznej (n 1 i n 2 to współczynniki załamania) n 1 sin θ I = n 2 sin θ T Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 8 / 20

Prawo Snelliusa Padanie z ośrodka rzadszego: n 1 < n 2 n 1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2 => sin θ 2 = n1 n 2 sin θ 1 < sin θ 1 => θ 2 < θ 1 Kąt załamania θ 2 jest mniejszy niż kąt padania θ 1. Padanie z ośrodka gęstszego: n 1 > n 2 n 1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2 => sin θ 2 = n1 n 2 sin θ 1 > sin θ 1 => θ 2 > θ 1 Kąt załamania θ 2 jest większy niż kąt padania θ 1. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 9 / 20

Płytka równoległościenna Promień pada na płytkę szklaną o grubości t. Po przejściu przez płytkę ulega przesunięciu równoległemu o wielkość dla małych kątow θ 1. x = t θ n 1 n Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 10 / 20

Odbicie i załamanie Więcej doświadczeń na stronie internetowej http://fizyka.net.pl/doswiadczenia/doswiadczenia_optyka.html Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 11 / 20

Współczynniki złamania Substancja n Substancja n Woda (20 ) 1.33 Sól kamienna 1.54 Lód 1.31 Kwarc 1.54 Szkło zwykłe 1.52 Rubin 1.76 Szkło ołowiowe 2.04 Diament 2.42 Pleksi 1.49 Alkohol etylowy 1.36 Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 12 / 20

Całkowite wewnętrzne odbicie Padanie z ośrodka gęstszego, np. szkło n 1 = 1.5 powietrze n 2 = 1 n 1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2 => n1 n 2 sin θ 1 = sin θ 2 Istnieje graniczny kąt padania θ 1 = θ c, dla którego kąt załamania θ 2 = 90 n 1 n 2 sin θ c = sin 90 = 1 => sin θ c = n2 n 1 Dla kątów padania θ 1 > θ c zachodzi całkowite wewnętrzne odbicie Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 13 / 20

Całkowite wewnętrzne odbicie Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 14 / 20

Całkowite wewnętrzne odbicie Przy padaniu promienia ze szkła do powietrza θ c 42 Kąt padania jest równy kątowi odbicia. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 15 / 20

Zastosowania Światłowody Komunikacja Endoskop Refleksy w diamencie Tęcza Pryzmat Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 16 / 20

Pryzmat Kąt odchylenia promienia padającego: δ = α 1 + α 2 ω. Dla małych kątów: δ = (n 1) ω Przechodzący promień ulega najmniejszemu odchyleniu δ min gdy α 1 = α 2 n sin ω 2 = sin ω + δmin 2 Pomiar δ min to metoda wyznaczenia współczynnika załamania pryzmatu n. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 17 / 20

Halo 22 i 46 Mały okrąg to halo 22, a duży okrąg to halo 46 ω = 60 δ min = 22 ω = 90 δ min = 46 Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 18 / 20

Całkowite wewnętrzne odbicie w pryzmacie Dla pryzmatu równoramiennego po lewej kąt między ściankami odbijającymi ω = 90, a współczynnik załamania n > 2 = 1.41. Dla pryzmatu pięciokątnego po prawej kąt między ściankami odbijającymi ω = 45, a współczynnik załamania n > 2.61. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 19 / 20

Zadania 1. Udowodnić wzór na przesunięcie promienia przy przejściu przez płytkę równoległą. 2. Obliczyć kąt graniczny θ c przy padaniu promienia z wody do powietrza. 3. Udowodnić, że kąt odchylenia w pryzmacie δ = α 1 + α 2 ω. Pokazać, że dla małych katów δ = (n 1) ω 4. Udowodnić, że minimalny kąt odchylenia δ min spełnia związek n sin ω 2 = sin ω + δmin 2 5. Udowodnić stwierdzenia na ostatniej transparencji. Wykład VII Krzysztof Golec-Biernat Optyka 20 / 20