Upload
others
View
9
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
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!