Optyka

Zobacz slidy

Treść prezentacji

Slide 2

        Najstarsze przyrządy optyczne skonstruowano ok. 2000 lat temu. Źródła  greckie i rzymskie opisują m. in., jak używać zaokrąglonego szklanego naczynia  wypełnionego wodą do otrzymywana powiększonych obrazów różnych  przedmiotów. Szklane soczewki powstały znacznie później. Wykorzystywano je  m. in. do korygowania wad wzroku oraz przy konstrukcji takich urządzeń, jak:  lunety, mikroskopy, aparaty fotograficzne, kamery.    Soczewki to ciała przezroczyste (zbudowane najczęściej ze szkła), ograniczone  z obu stron powierzchniami kulistymi lub z jednej strony powierzchnią kulistą,  a z drugiej płaską.    Każdy z fragmentów soczewki zachowuje się podobnie jak pryzmat i załamuje  przechodzące przezeń promienie świetlne. Soczewka wypukła  odpowiada dwom  pryzmatom złączonym podstawami. Schematycznie przedstawiamy ją tak, jak na  rysunku.

Slide 4

  Poniższe rysunki przedstawiają różne rodzaje soczewek wklęsłych.                                                                                                                                                     

Slide 5

     Jeśli światło pada na granicę dwóch przezroczystych  ośrodków, to zwykle jego część odbija się (zgodnie z prawem  odbicia), a część wchodzi do drugiego ośrodka. Mówimy, że  światło załamuje się 

Slide 6

    Promień świetlny po przejściu z powietrza do wody zmienia  kierunek. Mówimy, że światło uległo załamaniu. Zjawisko załamania światła występuje wtedy, gdy światło przechodzi z jednego ośrodka przezroczystego do drugiego.   

Slide 7

 Wiązka światła biegnie wzdłuż promienia tarczy, a matowa przednia ścianka  półkrążka ułatwia obserwację biegu promienia w szkle.    Wprowadźmy następujące oznaczenia:  n - prostopadła do powierzchni padania, wystawiona w punkcie padania P,      - kąt padania (między promieniem padającym a prostą n),  - kąt załamania (między promieniem załamanym a prostą n).                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               

Slide 8

                                                                                                                                                                                                         Jeżeli światło przechodzi z ośrodka, w którym poruszało się z mniejszą  szybkością, do ośrodka, w którym rozchodzi się z większą szybkością,                      kąt załamania jest większy od kąta padania .                                                                                                                                                      

Slide 9

        Zwiększając kąt padania, doprowadzamy do  sytuacji, w której promień będzie się ślizgał po  powierzchni zetknięcia obu ośrodków.                                                                                                                                               

Slide 10

     Światłowody mogą przenosić ogromną ilość informacji (rozmowy telefoniczne,  wiadomości wysyłane faksem, połączenia internetowe itp.) w bardzo krótkim czasie. Szkło, z  którego wykonane jest włókno światłowodu jest tak czyste, że sygnały świetlne mogą w nim  wędrować niemal bez straty energii,                    a zatem bez konieczności stosowania  odpowiednich wzmacniaczy.      Włókno światłowodu wykonane jest z dwóch koncentrycznych warstw szkła:  cylindrycznego rdzenia i otaczającego go płaszcza. Każda warstwa wykonana jest z innego rodzaju  szkła. Światło ulega wielokrotnemu całkowitemu wewnętrznemu odbiciu na granicy warstw      Ponieważ włókna szklane światłowodów maja bardzo małe średnice (są cieńsze od  ludzkiego włosa), można je wyginać w dowolny sposób bez groźby złamania i przerwania  światłowodu.                                                                                                                                                                                                                                                                                                            

Slide 11

Oprócz zwierciadeł płaskich używane są również zwierciadła kuliste (są nimi np. zwierciadła  stosowane na skrzyżowaniach ulic, w lusterkach i reflektorach samochodów, w lusterkach  dentystycznych). Zwierciadło kuliste stanowi część gładkiej, wypolerowanej powierzchni kuli.  Jako zwierciadło może być wykorzystana powierzchnia kuli. W związku z tym rozróżniamy  zwierciadła kuliste:          wklęsłe - gdy jako zwierciadło wykorzystujemy wewnętrzną powierzchnię kuli           wypukłe - gdy jako zwierciadło wykorzystujemy zewnętrzną powierzchnię kuli.    Każde zwierciadło kuliste posiada:          środek krzywizny - jest nim środek kuli (O),          promień krzywizny - jest nim promień kuli (r),          oś główną - którą jest prosta przechodząca przez środek krzywizny (O) i środek czaszy  zwierciadła (S).                                                                                                                                                                                                                                                                  

Slide 12

  Ognisko zwierciadła                                                                                                                                                                                                                         Promienie świetlne równoległe do osi głównej                   po odbiciu od powierzchni zwierciadła  kulistego wklęsłego przechodzą przez jeden  punkt zwany ogniskiem zwierciadła.

Slide 13

Ogniskowa zwierciadła    Ognisko to leży na osi głównej zwierciadła.                   Odległość ogniska od środka czaszy zwierciadła  nazywamy ogniskową                                                                                                                                                                                                                                  

Slide 14

             Zjawisko skupiania światła słonecznego za pomocą zwierciadeł wklęsłych  wykorzystano w wielu współczesnych urządzeniach technicznych.                            W tzw. kuchenkach słonecznych skupione promienie świetlne służą do  podgrzewania żywności, którą umieszcza się w ognisku zwierciadła. Podobne  rozwiązanie zastosowano w piecach przemysłowych. W Mont Louis, we  francuskich Pirenejach zbudowano wielopiętrową konstrukcją złożoną z małych  zwierciadeł, odpowiednio ustawionych, tworzącą gigantyczne zwierciadło wklęsłe.  W ognisku takiego zwierciadła uzyskuje się temperaturę do 3000oC, w której  możliwa jest termiczna obróbka wielu metali.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     

Slide 15

Prostoliniowe rozchodzenie się światła Powstawanie cienia     O prostoliniowym  rozchodzeniu się światła możesz  przekonać się również,  wykorzystując tzw. kamerę  otworkową. 

Slide 16

Światło rozchodzi się w próżni z szybkością 300000 kms.  Mimo tej olbrzymiej drogi ze Słońca na Ziemię światło  potrzebuje aż 8,3 minuty.  Żadne poruszające się ciało nie może osiągnąć szybkości  światła.

Slide 17

  Zjawisko fotoelektryczne znalazło szeroki zastosowanie w technice.  Jednym z przykładów zastosowania jest fotokomórka .  Tworzy ją próżniowa bańka szklana, której część wewnętrznej powierzchni pokryta jest cienką warstwą  metalu o małej pracy wyjścia (np. cezu). Z tej powierzchni, zwanej fotokatodą, emitowane są elektrony  (fotoelektrony). Drugą elektrodę (zwaną anodą) stanowi metalowa kulka lub pętla. Do wnętrza bańki  promieniowanie wpada przez przezroczyste okienko i pada na fotokatodę. Następnie z niej emisja  elektronów, które są przyciągane przez dodatnio naładowaną anodę. W obwodzie takim, jak na rysunku  następuje przepływ prądu elektrycznego.                                                                                                   

Slide 18

Przygotujemy elektroskop, płytkę  cynkową (dobrze oczyszczoną np.  papierem ściernym) oraz lampę  łukową. Płytkę cynkową mocujemy do  elektroskopu - łącząc ją z jego  listkami lub wskazówką. Po  naelektryzowaniu płytki dodatnio  skierujemy na nią światło z lampy  łukowej. Eksperyment powtórzymy po  naładowaniu płytki ujemnie.       Tym razem płytka naelektryzowana  ujemnie nie traci już elektronów, bez  względu na to, jak intensywny jest  strumień światła. Ponieważ szkło  pochłania promieniowanie nadfioletowe,  można na podstawie przeprowadzonego  doświadczenia wnioskować, że w  przypadku cynku ta właśnie część widma  fal elektromagnetycznych wywołuje  zaobserwowane zjawisko, zwane  zjawiskiem fotoelektrycznym.                                                                                       

Slide 19

Przejście światła przez pryzmat    Po przejściu światła białego przez pryzmat obserwujemy nie tylko odchylenie światła  do pierwotnego kierunku, ale również jego rozszczepienie na barwy. Na ekranie  otrzymamy szereg barw przechodzących w sposób ciągły jedna w drugą: od czerwonej  poprzez pomarańczową, żółtą, zieloną, niebieską aż do fioletowej. Ten zestaw barw  nazywamy widmem ciągłym światła białego. Taką gamę kolorów, od czerwieni do fioletu  możemy taż zaobserwować, gdy światło słoneczne przenika przez szklane przedmioty  (np. kryształowy flakon) lub przez krople deszczu (tworząc tęczę).