katedra fizyki doświadczalnejpiosit/eka/wyklad_8.pdfpodstawy fizyki wykład 8 dr piotr sitarek...
TRANSCRIPT
-
Podstawy fizyki
wykład 8
Dr Piotr Sitarek
Katedra Fizyki Doświadczalnej, W11, PWr
-
Optyka
Optyka geometryczna
Polaryzacja
Odbicie – zwierciadła
Załamanie – soczewki
Optyka falowa
Interferencja
Dyfrakcja światła
D. Halliday, R. Resnick, J.Walker: Podstawy Fizyki, tom 2, PWN, Warszawa 2003. K.Sierański, P.Sitarek, K.Jezierski, Repetytorium. Wzory i prawa z objaśnieniami, Oficyna Wydawnicza Scripta, 2002. K.Sierański, K.Jezierski, B.Kołodka, Wzory i prawa z objaśnieniami, cz. 1, Oficyna Wydawnicza Scripta, 2005.
-
Światło – fala elektromagnetyczna
Optyka
składowa magnetyczna
składowa elektryczna
-
Optyka
-
Światło – zakres widzialny
Optyka
długość fali, nm
wzglę
dna inte
nsyw
ność
-
Fala elektromagnetyczna
Optyka
składowa magnetyczna
składowa elektryczna
-
Wektor Poyntinga
Szybkość przepływu energii takiej fali przez jednostkową powierzchnię
opisana jest przez wektor S, nazywany wektorem Poyntinga.
W układzie SI wymiar S jest W/m2.
Kierunek wektora Poyntinga S fali elektromagnetycznej w każdym punkcie
jest kierunkiem rozchodzenia się fali i kierunkiem przepływu energii w
tym punkcie.
Optyka
lub
-
Wektor Poyntinga
Zwykle używamy uśrednionej w czasie wartości S (którą będziemy
zapisywać jako Sśr), nazywaną również natężeniem I fali. Natężenie jest
równe
lub gdzie
Energia związana z polem elektrycznym taka sama jak energia związana z
polem magnetycznym.
Optyka
śr śr
śr, kw śr, kw
-
Natężenie fali świetlnej
Optyka
I
-
Ciśnienie promieniowania
Fale elektromagnetyczne mają zarówno energię, jak i pęd. To oznacza, że
oświetlając jakieś ciało, możemy wywierać na nie ciśnienie — ciśnienie
promieniowania (ciśnienie to jest jednak bardzo małe — nie czujemy na
przykład błysku lampy, kiedy jesteśmy fotografowani).
Skierujmy wiązkę promieniowania elektromagnetycznego, na jakieś ciało i
oświetlajmy je przez czas Dt. Załóżmy następnie, że promieniowanie
zostało przez to ciało w całości zaabsorbowane (pochłonięte). To
oznacza, że w czasie Dt ciało uzyskało od promieniowania energię DU.
Zmiana pędu Dp ciała jest związana ze zmianą energii następującą
zależnością:
Optyka
-
Ciśnienie promieniowania
Jeżeli promieniowanie zostanie w całości odbite wzdłuż swego pierwotnego
kierunku, to zmiana pędu będzie dwukrotnie większa niż podana wyżej,
tzn.
Żeby znaleźć wyrażenie wiążące siłę wywieraną przez promieniowanie z jego
natężeniem I, przyjmiemy, że na drodze promieniowania znajduje się
prostopadła płaszczyzna o polu S. W czasie Dt do płaszczyzny tej dociera
energia
czyli ciśnienie ze strony promieniowania wywierane na powierzchnię jest z
zakresu między 𝐼
𝑐 a
2𝐼
𝑐.
Optyka
-
Polaryzacja
Płaszczyznę, w której leżą wektory E, nazywamy płaszczyzną drgań fali (wtedy
mówimy, że fala jest spolaryzowana liniowo w kierunku y).
Optyka
płaszczyzna drgań
-
Polaryzacja
Fale elektromagnetyczne emitowane przez zwykłe źródła światła (takie jak Słońce czy
żarówka) są niespolaryzowane; wektor natężenia pola elektrycznego w dowolnym
punkcie jest zawsze prostopadły do kierunku rozchodzenia się fal, ale jego kierunek
zmienia się przypadkowo.
Optyka
-
Natężenie światła przechodzącego przez polaryzator
Optyka
𝐼 =1
2𝐼0
𝐼 = 𝐼0𝑐𝑜𝑠2𝜃
gdy światło padające jest niespolaryzowane
gdy światło padające jest spolaryzowane
-
Natężenie światła przechodzącego przez polaryzator
Optyka
-
Prawo odbicia światła
Optyka
-
Zasada Fermata
Optyka
-
Obraz rzeczywisty i pozorny
Zbiór promieni tworzy wiązkę świetlną. Układy optyczne powodują przekształcanie
wiązek świetlnych. Pewne układy optyczne mają tę własność, że promienie
wychodzące z jednego punktu, po przejściu przez układ przecinają się także w
jednym punkcie, który to punkt nazywamy obrazem optycznym punktu, z którego
promienie świetlne wyszły.
Obraz nazywa się rzeczywistym, jeżeli promienie świetlne po przejściu przez układ
rzeczywiście się przecinają. Obraz nazywa się pozornym, gdy w pewnym
punkcie przecinają się przedłużenia promieni, prowadzone w stronę przeciwną do
biegu promieni świetlnych.
Optyka
-
Obraz rzeczywisty i pozorny - zwierciadło płaskie
Zwierciadło płaskie. Promienie wychodzące z jednego punktu A przedmiotu odbijają
się od zwierciadła płaskiego. Obserwatorowi wydaje się, że promienie wychodzą
z punktu A’. Punkt A’ jest obrazem pozornym punktu A.
Optyka
-
Zwierciadło sferyczne
Optyka
-
Zwierciadło sferyczne – wklęsłe (r, f > 0)
Optyka
-
Zwierciadło sferyczne – wypukłe (r, f < 0)
Optyka
-
Załamanie światła
Optyka
-
Załamanie światła – prawo Snella
Optyka
-
Całkowite wewnętrzne odbicie
Optyka
-
Polaryzacja światła przez odbicie – prawo Brewstera
Optyka
-
Współczynnik załamania
Optyka
l = 589 nm
-
Rozszczepienie światła
Optyka
powietrze, n1
powietrze, n2 szkło, n2
szkło, n1
-
Rozszczepienie światła - tęcza
Optyka
-
Rozszczepienie światła – pryzmat
Optyka
-
Rozszczepienie światła – pryzmat
Optyka
Kąt minimalnego odchylenia
-
Soczewki
Optyka
-
Wzór soczewkowy
Optyka
-
Wzór soczewkowy
Optyka
-
Soczewka skupiająca jako lupa
Optyka
-
Mikroskop
Optyka
-
Luneta astronomiczna – Keplera
Optyka
-
Fotometria
Optyka
-
Fotometria – światłość źródła
Optyka
-
Fotometria – natężenie oświetlenia
Optyka
-
Fotometria
Optyka
-
Zasada Huygensa
Wszystkie punkty czoła fali zachowują się jak punktowe źródła elementarnych
kulistych fal wtórnych. Po czasie t nowe położenie czoła fali jest
wyznaczone przez powierzchnię styczną do powierzchni fal wtórnych.
Optyka
-
Dyfrakcja – ugięcie
Optyka
-
Doświadczenie interferencyjne Younga
Optyka
-
Doświadczenie interferencyjne Younga
Optyka
-
Interferometr Michelsona
Optyka
-
Dyfrakcja – ugięcie
Optyka
-
Siatka dyfrakcyjna
Optyka
rys. MPasternak
-
Dziękuję za uwagę!