Geometrická a fyzikálna optika

Transcript

1 Geometrická a fyzikála optika Fyzikála podstata svetla. Svetlo ako elektromagetické vleie. Základé zákoy geometrickej optiky. Idex lomu. Fermatov pricíp. Sellov záko. Ohyb svetla a jedoduchej štrbie a a mriežke. Doplkové materiály k predáškam z Fyziky II pre EF Duša PUDIŠ (0)

2 Viditeľé spektrum elektromagetického žiareia Komorové oko človeka (vysoká rozlišovacia schoposť, malý uhol) Colour Wavelegth (m) Frequecy (THz) (0 Hz) Red Orage Yellow Gree Blue Violet Zložeé oko hmyzu (malá rozlišovacia schoposť, dobrý uhol) Spektrála citlivosť oka a deé svetlo (farebé videie)

3 Oko farebé videie 3 sietica - tyčiky - vysoká citlivosť a svetlo, erozozávajú farby -čapíky - mešia citlivosť a svetlo, rozozávajú farby (5-7 mil.) - 3 druhy citlivé a rôze farby (modrofialová, zeleá, žlto-červeá) Tyčiky a čapíky sú rozptýleé po sietici vo vzdialeosti 0,005mm, čo limituje rozlišovaciu schoposť oka. Najväčšia hustota čapíkov je v okolí tzv. žltej škvry, ktorá je zhruba v optickej osi oka. Adaptácia oka svetlo-tma 3-0mi. a tma svetlo -mi.

4 Základé zákoy geometrickej optiky 4 Geometrická optika = áuka o optickom zobrazovaí Rovia dopadu Čiara, pozdĺž ktorej sa šíri eergia svetla je svetelý lúč. Z bodové zdroja vychádzajú rozbiehavé - divergeté lúče. Záko priamočiareho šíreia sa svetla: Vo vákuu a v homogéom prostredí sú svetelé lúče priamky. Záko ezávislosti svetelých lúčov: Tým istým bodom môže prechádzať viac lúčov, ktoré sa avzájom eovplyvňujú. Záko odrazu svetla: Pri odraze zostáva lúč v rovie dopadu a zviera s kolmicou uhol odrazu α rový uhlu dopadu α. Záko lomu svetla: Pri lome zostáva lúč v rovie dopadu a zviera sa kolmicou uhol lomu α 3. Medzi uhlom dopadu a lomu platí Sellov záko.

5 Fermatov pricíp, Sellov záko 5 Svetelý lúč prechádzajúci z miesta A do miesta B sa šíri tak, aby čas prechodu bol miimály. čas potrebý a prechod z A do B x + y ( d x) t = dt dx x v + v x + y ( d x)( ) ( d x) + y = + = 0 c x + y c x + y = siα = siβ siα = siβ ( d x) ( d x) + y Sellov záko siα = siβ = x x + d y A y x ( d x) + y x α α β d-x y B

6 Kritický uhol, totály odraz 6 Pri prechode lúča z opticky hustejšieho do opticky redšieho prostredia sa lúč láme od kolmice. Platí Sellov záko: = siβ siα Zväčšovaím uhla dopadu arastá aj uhol lomu. Pri istej hodote uhla dopadu, ktorý sa azýva kritický uhol, lúč eprejde rozhraím. α o α = 90 ; siα = β kr = arcsi β kr Pre uhly väčšia ako je kritický uhol dochádza k tzv. totálemu odrazu (reflexii) β

7 Vedeie svetla v optických vlákach 7 primára ochraa plášť jadro Rez optickým vlákom pre telekomuikačé aplikácie. Priemer plášťa je ~00-50µm a priemer jadra ~0µm. Rozdiel idexu lomu medzi plášťom a jadrom asi 5 tisíci. Šíreie sa svetla optickým vlákom a pricípe úplého odrazu a rozhraí dvoch prostredí s rozdielym idexom lomu.

8 Ohyb svetla a mriežke 8 d... mriežková koštata N = d N... počet vrypov a dĺžkovú jedotku AC=dsiα λ=dsiα B A C d α =,, 3, rád maxima d α B A C α V prípade bieleho svetla je v priamom smere maximum ultého rádu. Fialová časť spektra je ajbližšie k ultému rádu.

9 Idex lomu 9 V reálom prostredí je rýchlosť svetla mešia ako vo vákuu v = <c εµ = = c v f (λ) červeá < modrá Závislosť idexu lomu od vlovej dĺžky je disperzia Idex lomu iektorých látok pre vlovú dĺžku λ=589 m Vodík.0003 Voda.333 Diamat.47

10 Iterferecia svetla, Hyugesov pricíp 0 Iterferecia elektromagetického vleia, alebo svetla vziká za rovakých podmieok ako mechaického vleia. Zdroje vleia musia byť kohereté (rovaká frekvecia) y ( t) = y ( t) y ( t) A + B V prípade rovakej fázy dostávame koštruktívu iterfereciu, resp. v prípade opačej deštruktívu. Huygesov pricíp - Christia Huyges (69 695) - pricíp skladaia svetelej vloplochy pomocou guľových vĺ. Podľa tohto pricípu sa svetelá vloplocha A šíri priestorom tak, že každý bod vloplochy sa stáva elemetárym zdrojom žiareia vysiela elemetáru guľovú vlu. Vhodým poskladaím vziká ová vloplocha B.

11 Dôsledky Fermatovho pricípu - disperzia svetla Príklady: Prechod svetla hraolom (posuutie dráhy lúča) Zdalivý obraz svetla za horizotom Fatamorgáa Disperzia svetla V dôsledku disperzie sa rozkladá svetlo a optickom hraole Vzik dúhy a vodých kvapkách

12 Teória dúhy