Ηφύσητουφωτός. Ανάκλαση και διάθλαση. Μετρήσεις της ταχύτητας του φωτός. Η προσέγγιση της ευθύγραμμης διάδοσης του φωτός (Ray approximation)

Transcript

1 Ηφύσητοφωτός Φύση και διάδοση φωτός Σωματιδιακή θεωρία (ανάκλαση, διάθλαση) Κματική θεωρία C. Huygens: ανάκλαση, διάθλαση F. Grimaldi: περίθλαση Τ. Υoung: σμβολή φωτός A. Fresnel: σμβολή και περίθλαση φωτός H/M θεωρία Υψίσχνο η/μκύμα Maxwell Πειράματα Hertz Κβαντική ηλεκτρομαγνητική θεωρία E=hf Κβάντα φωτών, Planc Φωτοηλεκτρικό φαινόμενο, Einstein Το φως έχει διττή πόσταση Διάδοση: κματική προσέγγιση Αλληλεπίδραση με ύλη: σωματιδιακή προσέγγιση Μετρήσεις της ταχύτητας το φωτός Η μέθοδος το Roemer Η μέθοδος το Fizeau Η προσέγγιση της εθύγραμμης διάδοσης το φωτός (Ray approximation) Φωτεινές ακτίνες Οδοντωτός τροχός Κάτοπτρο Κματικά μέτωπα Φωτεινή : Η εθεία γραμμή με κατεύθνση ατή πο ακολοθεί το φως κατά την διάδοση το (η κατεύθνση ροής της ενέργειας σμπίπτει με της διάδοσης της κματικής διαταραχής ) c> m/s c= m/s Η προσέγγιση της εθύγραμμης διάδοσης Ανάκλαση και διάθλαση Όταν μια φωτεινή πο διαδίδεται σε ένα μέσο Α σναντήσει μια διαχωριστική επιφάνεια (πο διαχωρίζει δύο μέσα Α και Β) τότε μέρος της αρχικής ς ανακλάται και μέρος διαθλάται στο μέσο Β. 4 λ<<d λ~d λ>>d Α Β Γεωμετρική Οπτική Οι εθείες πο αντιστοιχούν στην ανακλώμενη (2) και την διαθλώμενη (3) κείνται στο επίπεδο πο ορίζει η προσπίπτοσα (1) και η κάθετος (4) στην επιφάνεια.

2 Ανάκλαση Ανάκλαση Προσπίπτοσα Ανακλώμενη Κατοπτρική ανάκλαση Διάχση (διάχτη ανάκλαση) Πότε μια επιφάνεια με ατέλειες θα παίξει τον ρόλο το κατόπτρο; Νόμος Ανάκλασης: Η γωνία ανάκλασης είναι ίση με την γωνία πρόσπτωσης για όλα τα μήκη κύματος και οποιαδήποτε ζεύγος λικών θ = θ 1 1 Ανάδρομη ανάκλαση (retroreflection) Διάθλαση το φωτός Προσπίπτοσα Ανακλώμενη Γαλί Διαθλώμενη Νόμος Διάθλασης- ν. Snell: Η γωνία διάθλασης εξαρτάται από τις οπτικές ιδιότητες των μέσων και την γωνία πρόσπτωσης = Διάθλαση το φωτός Νόμος διάθλασης-νόμος Snell Α Β c n = >1 Γαλί Γαλί λ n 1 = fλ1 και 2 = fλ2, = = λ n Η διαδρομή μιας φωτεινής ς η οποία προσπίπτει σε μια διαχωριστική επιφάνεια και διαθλάται είναι αντιστρέψιμη. n = = n = n n

3 Ολική εσωτερική ανάκλαση Ολική εσωτερική ανάκλαση sin crit θ = n2 n 1 Οπτικές ίνες Διασπορά (δισκεδασμός) c n = >1 Στεφανύαλος Φωτοαγωγός= Υαλώδης πρήνας Ακρλικά Χαλαζίας γάλινη επικάλψη Προστατετικό κάλμμα ( ) Διασπορά και πρίσματα Διασπορά λεκού φωτός Λεκό φως Λεκό φως Λεκό φως Λεκό φως Γωνία εκτροπής κίτρινο φωτός Μέτρο διασποράς

4 Απλές εφαρμογές Διαθλαστική γωνία πρίσματος ( apex angle) Αρχή το Huygens Κάθε σημείο ενός κματικού μετώπο μπορεί να θεωρηθεί ως πηγή δετερογενών σφαιρικών κμάτων τα οποία διαδίδονται με την ταχύτητα διάδοσης των κμάτων στο μέσο. Το νέο κματικό ορίζεται από την επιφάνεια πο εφάπτεται στα κματικά μέτωπα των δετερογενών σφαιρικών κμάτων : Γεωμετρική ανακατασκεή θέσης κματικού μετώπο Beam Splitter Πρωτογενές κματικό Δετερογενές κματικό Πρωτογενές κματικό Δετερογενές κματικό animation1 animation2 Εφαρμογή της αρχής το Huygens στην ανάκλαση Εφαρμογή της αρχής το Huygens στην διάθλαση τσιμέντο χορτάρι και Μηχανικό ανάλογο διαθλώμενο κματικού μετώπο Επισκεφτείτε: Αρχή το Fermat Ηδιαδρομήπο ακολοθεί μια φωτεινή μεταξύ δύο σημείων είναι εκείνη για την οποία απαιτείται ο μικρότερος δνατός χρόνος Εφαρμογή της αρχής το Fermat στην διάθλαση

5 Η σχέση διασποράς ω=ω() Μη διασκορπιζόμενα κύματα-μη διασκορπιστικά Υλικά: ω= σταθ. - ΗΜ κύματα στο κενό: ω = c ω Τ - Aρμονικό εγκάρσιο κύμα σε νήμα: ω=, μ Διασκορπιζόμενα κύματα- Διασκορπιστικά Υλικά: ω= ω( ) σταθ. - ΗΜ κύματα στο πρίσμα: ω= ( ) Γιατί «διασπορά»? Όταν ένας παλμός διαδίδεται σε ένα διασκορπιστικό λικό κάθε αρμονικό κύμα-σνιστώσα έχει και άλλη ταχύτητα διαδόσεως με σνέπεια την διασπορά το, την σνεχή μεταβολή το σχήματος το! ω = c s Στεφανύαλος ω Ακρλικά ω = c s Χαλαζίας ( ) Γιατί «διασπορά»? Η ταχύτητα ομάδας sin( x - t) + sin(1.2 x t) sin( x - t) + sin(1.2 x t) H ταχύτητα διάδοσης το παλμού σαν «σύνολο» δίνεται από την «ταχύτητα ομάδας» Η ταχύτητα ομάδας είναι η ταχύτητα με την οποία διαδίδονται στον χώρο οι μεταβολές της μορφής το πλάτος κύματος (διαμόρφωσης κύματος) dω( ) g = d