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)
Viditeľé spektrum elektromagetického žiareia Komorové oko človeka (vysoká rozlišovacia schoposť, malý uhol) Colour Wavelegth (m) Frequecy (THz) (0 Hz) Red 780-6 384-48 Orage 6-597 48 503 Yellow 597-577 503-50 Gree 577-49 50-60 Blue 49-455 60-659 Violet 455-390 659-769 Zložeé oko hmyzu (malá rozlišovacia schoposť, dobrý uhol) Spektrála citlivosť oka a deé svetlo (farebé videie)
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.
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.
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
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
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.
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.
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
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.
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
Teória dúhy