Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Projekt AS KOMPETENCJI jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki.

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "Projekt AS KOMPETENCJI jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki."— Zapis prezentacji:

1 Projekt AS KOMPETENCJI jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie

2 DANE INFORMACYJNE (DO UZUPEŁNIENIA) Nazwa szkoły: Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych w Sulechowie ID grupy: 97/55_MF_G1 Kompetencja: MATEMATYKA I FIZYKA Temat projektowy: Zjawiska optyczne (świetlne) w atmosferze Semestr/rok szkolny: Semestr I, rok szkolny 2009/2010

3 Światło - potocznie nazywa się tak widzialną część promieniowania elektromagnetycznego, czyli promieniowanie widzialne odbierane przez siatkówkę oka ludzkiego np. w określeniu światłocień. Precyzyjne ustalenie zakresu długości fal elektromagnetycznych nie jest tutaj możliwe, gdyż wzrok każdego człowieka charakteryzuje się nieco inną wrażliwością, stąd za wartości graniczne przyjmuje się maksymalnie nm, choć często podaje się mniejsze zakresy (szczególnie od strony fal najdłuższych) aż do zakresu nm. W nauce pojęcie światła jest jednak szersze (używa się pojęcia promieniowanie optyczne), gdyż nie tylko światło widzialne, ale i sąsiednie zakresy, czyli ultrafiolet i podczerwień można obserwować i mierzyć korzystając z podobnego zestawu przyrządów, a wyniki tych badań można opracowywać korzystając z tych samych praw fizyki. CO NAZYWAMY ŚWIATŁEM?

4 Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania, zwany współczynnikiem załamania n ośrodka drugiego względem pierwszego, jest równy stosunkowi prędkości rozchodzenia się fali w ośrodku pierwszym do prędkości rozchodzenia się fali w ośrodku drugim. w obu ośrodkach. Promień fali padającej, promień fali załamanej i prosta prostopadła (normalna) do granicy ośrodków leżą w jednej płaszczyźnie. PRAWO ZAŁAMANIA ŚWIATŁA

5 Światło musi pokonać drogę BC w jednymośrodku w tym samym czasie, co drogę AD w drugim ośrodku.

6 Słownie prawo załamania można sformułować następująco: Stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest dla danych ośrodków stały i równy stosunkowi prędkości fali w ośrodku pierwszym, do prędkości fali w ośrodku drugim. Kąty padania i załamania leżą w tej samej płaszczyźnie.

7 WZÓR PRAWA ZAŁAMANIA – POSTAĆ 2 Stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest równy stosunkowi bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka do którego przechodzi fala, do bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka, z którego fala pada na powierzchnię rozgraniczającą oba ośrodki. Sformułowanie słowne:

8 WZÓR PRAWA ZAŁAMANIA – POSTAĆ 3 n 1 – bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 1 n 2 – bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 2 n 12 – współczynnik załamania (względny) ośrodka 2 względem ośrodka 1 Warto zwrócić uwagę na fakt, że względny współczynnik załamania czyta się od tyłu: – jest to współczynnik załamania ośrodka drugiego (do którego wchodzi światło) względem ośrodka pierwszego (z którego przychodzi światło).

9 Gdy światło pada na granicę dwóch ośrodków, to ulega odbiciu zgodnie z prawem odbicia, które mówi, że jeśli kąt padania i kąt odbicia leżą w jednej płaszczyźnie, to kąt padania jest równy kątowi odbicia: α= α. Dzięki zjawisku odbicia widzimy nasze otoczenie. Wszystkie przedmioty odbijają światło, które trafia do naszych oczu z informacją o wyglądzie tych ciał Gdy światło pada na granicę dwóch ośrodków, to ulega odbiciu zgodnie z prawem odbicia, które mówi, że jeśli kąt padania i kąt odbicia leżą w jednej płaszczyźnie, to kąt padania jest równy kątowi odbicia: α= α. Dzięki zjawisku odbicia widzimy nasze otoczenie. Wszystkie przedmioty odbijają światło, które trafia do naszych oczu z informacją o wyglądzie tych ciał. PRAWO ODBICIA ŚWIATŁA

10 WYPROWADZENIE PRAWA ODBICIA GEOMETRYCZNIE: Odcinki BC i AD muszą być przebyte w tym samym czasie, więc:

11 Zjawisko falowe Zjawisko falowe – polega na przekazaniu energii drgań między cząsteczkami. Okresem fali – nazywamy okres drgań cząsteczek. Długość fali – to droga jaką przebywa fala w ciągu jednego okresu drgań cząsteczek. Prędkość fali – to szybkość przekazywania drgań pomiędzy cząsteczkami ośrodka. Opisać falę – tzn. podać równanie za pomocą którego można wyznaczyć położenie dowolnej cząsteczki ośrodka w dowolnej części czasu. Zjawisko Dopplera – jeżeli źródło i obserwator poruszają się względem siebie to obserwator rejestruje inne częstotliwości niż częstość z którą źródło wytwarza. ZJAWISKO FALOWE

12 Dyfrakcja (ugięcie fali) to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu. Zjawisko zachodzi dla wszystkich wielkości przeszkód, ale wyraźnie jest obserwowane dla przeszkód o rozmiarach porównywalnych z długością fali. Dyfrakcja używana jest do badania fal oraz obiektów o niewielkich rozmiarach, w tym i kryształów, ogranicza jednak zdolność rozdzielczą układów optycznych. Zjawisko dyfrakcji występuje dla wszystkich rodzajów fal np. fal elektromagnetycznych, fal dźwiękowych oraz fal materii. DYFRAKCJA

13

14

15 JEŻELI ODLEGŁOŚĆ MIĘDZY WARSTWAMI JEST STAŁA, KOLEJNE MAKSIMA FALI MOŻNA OPISAĆ ZALEŻNOŚCIĄ: gdzie: d – stała siatki, θ – kąt od osi wiązki światła, λ – długość fali, n – przyjmuje wartości całkowite dodatnie od 1,2,3,...

16 DLA POJEDYNCZEJ SZCZELINY JASNOŚĆ W FUNKCJI KĄTA ODCHYLENIA OD OSI PRZYJMUJE POSTAĆ: gdzie: I – intensywność światła, I 0 – intensywność światła w maksimum, czyli dla kąta równego 0, λ – długość fali, d – szerokość szczeliny, funkcja sinc(x) = sin(x)/x.

17 Interferencja - to zjawisko nakładania się fal prowadzące do zwiększania lub zmniejszania amplitudy fali wypadkowej. Interferencja zachodzi dla wszystkich rodzajów fal, we wszystkich ośrodkach, w których mogą rozchodzić się dane fale. W ośrodkach nieliniowych oprócz interferencji zachodzą też inne zjawiska wywołane nakładaniem się fal, w ośrodkach liniowych fale ulegając interferencji spełniają zasadę superpozycji. INTERFERENCJA

18 Jeżeli fala rozchodzi się w ośrodku rzadkim i odbije od gęstego, to zmienia fazę na przeciwną (do drogi optycznej dodaje się ). Jeśli natomiast rozchodzi się w gęstym i odbija od rzadkiego, to faza pozostaje bez zmian (nie zmienia się na przeciwną). INTERFERENCJA A ODBICIE FALI

19 Interferencja pozwala na bardzo precyzyjny pomiar długości drogi od źródła do detektora fali. Światło lasera można podzielić kostką światłodzielącą na dwie wiązki. Jedną z nich umieszcza się na mierzonym odcinku, a drugą wprowadza do detektora jako wiązkę odniesienia. W efekcie rejestrowane natężenie światła będzie rosnąć i maleć cyklicznie w miarę zwiększania długości odcinka. Długość fali może stać się wzorcem odległości, np. metra, co wykorzystuje interferometr laserowy. PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIA INTERFERENCJI

20

21

22 Polaryzacja – własność fali poprzecznej (np. światła). Fala spolaryzowana oscyluje tylko w pewnym wybranym kierunku. Fala niespolaryzowana oscyluje we wszystkich kierunkach jednakowo. Fala niespolaryzowana może być traktowana jako złożenie wielu fal drgających w różnych kierunkach. W naturze większość źródeł promieniowania elektromagnetycznego wytwarza fale niespolaryzowane. Polaryzacja występuje tylko dla fal rozchodzących się w ośrodkach, w których drgania ośrodka mogą odbywać się w dowolnych kierunkach prostopadłych do rozchodzenia się fali. Ośrodkami takimi są trójwymiarowa przestrzeń lub struna. POLARYZACJA

23

24 Zwierciadło optyczne, lustro – gładka powierzchnia o nierównościach mniejszych niż długość fali świetlnej. Z tego względu zwierciadło w minimalnym stopniu rozprasza światło, odbijając większą jego część. Dawniej zwierciadła wykonywano poprzez polerowanie metalu, później została opanowana technologia nakładania na taflę szklaną cienkiej warstwy metalicznej (zwykle srebra) metodami chemicznymi. Obecnie lustra produkuje się poprzez próżniowe naparowanie na szkło cienkiej warstwy metalu (najczęściej glinu). ZWIERCIADŁO OPTYCZNE

25 Ze względu na kształt powierzchni, zwierciadła dzieli się na: płaskie płaskie wklęsłe (skupiające) wklęsłe (skupiające) wypukłe (rozpraszające) wypukłe (rozpraszające) Ze względu na rodzaj krzywizny zwierciadła wklęsłe i wypukłe dzieli się na: sferyczne/kuliste sferyczne/kuliste cylindryczne cylindryczne paraboliczne (paraboloidalne) paraboliczne (paraboloidalne) hiperboliczne (hiperboloidalne) hiperboliczne (hiperboloidalne) inne (o powierzchni opisanej równaniami wyższego rzędu lub nieregularnej) inne (o powierzchni opisanej równaniami wyższego rzędu lub nieregularnej) RODZAJE ZWIERCIADEŁ

26 ZWIERCIADŁO PŁASKIE x - odległość przedmiotu od zwierciadła y - odległość obrazu od zwierciadła W zwierciadle płaskim powstaje obraz pozorny, to znaczy, że powstał w wyniku przecięcia się przedłużeń promieni odbitych.

27 ZWIERCIADŁO KULISTE WKLĘSŁE O - środek krzywizny, czyli środek kuli, z której zwierciadło zostało wycięte r - promień krzywizny, czyli promień kuli, z której zwierciadło zostało wycięte F - ognisko zwierciadła, czyli punkt przecięcia promieni odbitych f - ogniskowa zwierciadła, czyli odległość ogniska od zwierciadła

28 ZWIERCIADŁO KULISTE WYPUKŁE Zwierciadło wypukłe ma ognisko pozorne.

29 OBRAZY W ZWIERCIADŁACH Obraz: rzeczywisty, pomniejszony, odwróconyObraz: rzeczywisty, odwrócony, tej samej wielkości zwierciadło wklęsłe

30 Obraz: rzeczywisty, odwrócony, powiększony Obraz nie powstaje Obraz: pozorny, powiększony, prosty

31 zwierciadło wypukłe OBRAZY W ZWIERCIADŁACH Obraz: pozorny, pomniejszony, prosty

32 SOCZEWKI Soczewką nazywamy ciało przezroczyste, ograniczone dwiema powierzchniami, z których przynajmniej jedna nie jest płaska. Najczęściej są stosowane soczewki sferyczne, ograniczone powierzchniami kulistymi. Soczewki dzielimy na: wypukłe wklęsłe

33 SOCZEWKA SKUPIAJĄCA Wiązka promieni przy osiach optycznych biegnąca równolegle do głównej osi optycznej, po dwukrotnym załamaniu skupia się w jednym punkcie, zwanym ogniskiem soczewki. Soczewkę skupiającą oznacza się schematycznie:

34 SOCZEWKA ROZPRASZAJĄCA Wiązka promieni przy osiach biegnąca równolegle do głównej osi optycznej, po dwukrotnym załamaniu rozbiega się, ale przedłużenia promieni wychodzących z soczewki skupiają się w jednym punkcie, który jest pozornym ogniskiem soczewki. Soczewkę rozpraszającą oznacza się schematycznie:

35 OBRAZY W SOCZEWKACH soczewka skupiająca Obraz: rzeczywisty, pomniejszony, odwrócony Obraz: rzeczywisty, odwrócony, tej samej wielkości

36 Obraz: rzeczywisty, odwrócony, powiększony Obraz nie powstaje

37 Obraz: pozorny, powiększony, prosty

38 SOCZEWKA ROZPRASZAJĄCA Obraz: pozorny, pomniejszony, prosty

39 Aberracja chromatyczna, chromatyzm – cecha soczewki lub układu optycznego, wynikająca z różnych odległości ogniskowania (ze względu na różną wartość współczynnika załamania) dla poszczególnych barw widmowych światła (różnych długości fali światła). W rezultacie występuje rozszczepienie światła, które widoczne jest na granicach kontrastowych obszarów pod postacią kolorowej obwódki (zobacz zdjęcie obok). Aberracja chromatyczna występuje również w soczewce ludzkiego oka, powodując barwne obwódki (pomarańczowe i niebieskie) wokół ciemnych przedmiotów na jasnym tle. W przypadku układów optycznych (teleskopy, obiektywy fotograficzne etc.) jest to wada pogarszająca jakość odwzorowania. ABERRACJA CHROMATYCZNA

40 POWSTAWANIE ABERRACJI CHROMATYCZNEJ I KOREKTA

41

42 Aberracja sferyczna - cecha soczewki, układu optycznego, obiektywu lub zwierciadła sferycznego, polegająca na odmiennych długościach ogniskowania promieni świetlnych ze względu na ich położenie pomiędzy środkiem a brzegiem urządzenia optycznego - im bardziej punkt przejścia światła zbliża się ku brzegowi urządzenia (czyli oddala od jego osi optycznej), tym bardziej uginają się promienie świetlne. W modelu nieskończenie cienkiej soczewki pomija się jej grubość. W takim wypadku wszystkie padające na nią promienie, niezależnie od ich odległości od osi optycznej, skupiają się w jednym punkcie (w przypadku soczewki rozpraszającej - mają ognisko pozorne w jednym punkcie). Natomiast każda rzeczywista soczewka, której powierzchnie są sferami, ma skończoną grubość, dlatego występuje w niej aberracja sferyczna, zależna od rozmiarów soczewki i materiału, z którego jest wykonana. Efektem tego rodzaju aberracji jest spadek ostrości obrazu w całym polu widzenia. Aberracja sferyczna jest jedną z aberracji optycznych. ABERRACJA SFERYCZNA

43 SCHEMAT POWSTAWANIA ABERRACJI SFERYCZNEJ

44

45 Przyrząd optyczny, urządzenie optyczne – urządzenie służące do zmieniania drogi promieni świetlnych, a czasem także promieni niektórych innych form promieniowania elektromagnetycznego. W zależności od konstrukcji, służyć może do różnych celów, jak np. obserwacji obiektów trudno lub wręcz w ogóle nierozpoznawalnych za pomocą nieuzbrojonego ludzkiego oka (obiektów zbyt małych), obserwacji obiektów zasłoniętych dla bezpośredniej obserwacji, projekcji lub ekspozycji obrazów, nadania oświetleniu odpowiedniego kierunku i kształtu, lub też korekty wad wzroku. PRZYRZĄD OPTYCZNY

46 RODZAJE PRZYRZĄDÓW OPTYCZNYCH Aparat fotograficznyCamera obscura DiaskopEpidiaskop EpiskopGrafoskopLornetaTeleskop

47 Lupa Kamera filmowa MikroskopMonokl OkularyPeryskopPowiększalnikProjektor

48 Reflektor Rzutnik przezroczy Zwierciadło optyczne

49 ZORZA POLARNA Zorza polarna – zjawisko świetlne obserwowane na wysokich szerokościach geograficznych, występuje głównie za kołem podbiegunowym, chociaż w sprzyjających warunkach bywa widoczna nawet w okolicach 50. równoleżnika. Zdarza się, że zorze polarne obserwowane są nawet w krajach śródziemnomorskich. Rozróżnia się typy systematyczne zórz: pasma, łuki, kurtyny, promienie, korony i inne. Stwierdzono emisje w zakresie barwy zielonej, żółtej i czerwonej, a bardzo często białe. Kolor zjawiska jest skutkiem różnej intensywności linii emisyjnych. Kolor zorzy zależy również od określonego gazu. Na czerwono i na zielono świeci tlen, natomiast azot świeci w kolorach purpury i bordo. Lżejsze gazy - wodór i hel - świecą w tonacji niebieskiej i fioletowej.

50

51 ROZSZCZEPIENIE ŚWIATŁA BIAŁEGO W PRYZMACIE Rozszczepienie światła białego - zachodzi na skutek różnic prędkości rozchodzenia się poszczególnych świateł barwnych w ciałach przezroczystych. W próżni wszystkie światła, niezależnie od barwy, rozchodzą się z taką samą prędkością. W ciałach przezroczystych najszybciej rozchodzi się światło czerwone, najwolniej fioletowe. Oznacza to, że współczynnik załamania dla danej barwy nie jest stały, lecz zależy od długości λ danej fali świetlnej. Zależność n(λ) nosi nazwę dyspersji światła.

52

53 MIRAŻ Miraż, fatamorgana – zjawisko powstania pozornego obrazu odległego przedmiotu w wyniku różnych współczynników załamania światła w warstwach powietrza o różnej temperaturze, a co za tym idzie, gęstości. Początkowo fatamorganą nazywano miraże pojawiające się w Cieśninie Mesyńskiej, gdzie są one najefektowniejsze. W Polsce pojawiają się na Pustyni Błędowskiej oraz na Wyżynie Śląskiej. Miraże dzielą się na 2 rodzaje – miraż dolny i górny.

54 MIRAŻ DOLNY Miraż dolny - obserwuje się pod horyzontem. Decydującym czynnikiem warunkującym jego powstawanie jest dostatecznie silne nagrzanie dużej powierzchni podłoża (np. piasku na pustyni, asfaltowej szosy, ściany dużego budynku itp.). Promienie świetlne są wówczas zakrzywiane w górę, ku chłodniejszemu, a więc gęstszemu powietrzu. Sytuacja taka ma na przykład miejsce na obszarach pustynnych, gdzie pod wieczór piasek oddaje swe ciepło, ogrzewając warstwę powietrza tuż nad swoją powierzchnią, podczas gdy wyższa warstwa jest już chłodna. Zakrzywione promienie docierają do oka obserwatora pozornie z innego kierunku co wywołuje powstanie obrazu zwierciadlanego. Miraże dolne mogą być odwrócone lub proste. Podobnie powstaje miraż obserwowany na rozgrzanej drodze. Wygląda on jak kałuża wody, w której widzimy odbicie. Jest to efekt pozornych odbić dalekiego krajobrazu lub nieba.

55

56 MIRAŻ GÓRNY Miraż górny to zjawisko załamania występujące wielokrotnie w kolejnych warstwach powietrza, powodujące że światło rozchodzi się po linii krzywej. Jeżeli obserwator znajdzie się w miejscu, gdzie dochodzi światło odbite od statku, to na przedłużeniu promieni wpadających do jego oka, zobaczy prosty obraz statku na tle nieba.

57 TĘCZA Tęcza – zjawisko optyczne i meteorologiczne występujące w postaci charakterystycznego wielobarwnego łuku, widocznego gdy Słońce oświetla krople wody w ziemskiej atmosferze. Tęcza powstaje w wyniku rozszczepienia światła załamującego się i odbijającego się wewnątrz kropli wody (np. deszczu) o kształcie zbliżonym do kulistego. Rozszczepienie światła jest wynikiem zjawiska dyspersji, powodującego różnice w kącie załamania światła o różnej długości fali przy przejściu z powietrza do wody i z wody do powietrza. Światło widzialne (z antropocentrycznego punktu widzenia) jest widzialną (postrzegalną wzrokiem) częścią widma promieniowania elektromagnetycznego i w zależności od długości fali postrzegane jest w różnych barwach. Kiedy światło słoneczne przenika przez kropelki deszczu, woda rozprasza światło białe ("mieszaninę" fal o różnych długościach), na składowe o różnych długościach fal (różnych barwach), i oko ludzkie postrzega łuk składający się z sześciu kolorów: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski i fioletowy. To są właśnie kolory tęczy.

58

59 CAŁKOWITE WEWNĘTRZNE ODBICIE Całkowite wewnętrzne odbicie to zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla światła) występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu. Kąt graniczny - P - promień padający pod kątem αgr, Z - promień załamany pod kątem β=90°, N - normalna padania. Światło padające na granicę ośrodków i pod kątem mniejszym od granicznego zostaje częściowo odbite a częściowo przechodzi do drugiego ośrodka (jest załamane). Jeżeli to współczynnik załamania ośrodka, a współczynnik załamania ośrodka i wtedy kąt padania jest mniejszy niż kąt załamania. Przy pewnym kącie padania, zwanym granicznym, kąt załamania jest równy 90º. Dla kątów padania większych niż (zakreskowany zakres kątów na ilustracji) światło przestaje przechodzić przez granicę ośrodków i ulega całkowitemu odbiciu wewnętrznemu.

60

61 ASTRONOMICZNA METODA POMIARU PRĘDKOŚCI ŚWIATŁA RØMERA Duński astronom Olaf Rømer, opierając się na swych obserwacjach zaćmień księżyców Jowisza stwierdził, że prędkość światłą jest skończona. Planeta ta posiada wiele księżyców - cztery największe, Io, Europę, Ganimedesa i Callisto. Rømer zauważył, że obserwowane z Ziemi odstępy czasu miedzy dwoma kolejnymi zaćmieniami maleją, gdy Ziemia w swym ruchu po orbicie zbliża się do Jowisza, rosną natomiast, gdy Ziemia się oddala. Na podstawie wielomiesięcznych obserwacji Romer oszacował w ten sposób sumaryczne opóźnienie na około 22 min(1320s). Jeżeli założymy że zaćmienia zdarzają się z tą samą częstotliwością, natomiast na Ziemi obserwowane są jakby czas między nimi wydłużał się i skracał, to mamy niewątpliwy dowód na to, że światło biegnie ze skończona prędkością, jako że potrzebuje czasu aby pokonać pewną odległość (różnice w odległości Ziemi i Jowisza). Znając czas opóźnienia i średnicę orbity Ziemi w jej ruchu wokół Słońca, możemy policzyć prędkość światła, korzystając ze wzoru: Gdzie delta t - sumaryczne opóźnienie, d1 -dystans maksymalny( miedzi Ziemią a Jowiszem), d2 - dystans minimalny. Rømer korzystając z tego wzoru obliczył prędkość światła równą km/s. Dzisiaj wiadomo, że czas opóźnienia wynosi ok s, a średnia odległość Ziemi od Słońca ok. 150 milionów kilometrów. Wykorzystując te dane dochodzimy do wniosku, że prędkość światła wynosi około: 3 *10 8 m/s.

62 METODA ARMANDA FIZEAU Po raz pierwszy prędkość światła w warunkach ziemskich zmierzył w 1849 roku francuski fizyk Armand Hoppolyte Fizeau. W metodzie Fizeau promienie świetlne odbite przez półprzepuszczalne zwierciadło przechodzą przez szczeliny między zębami obracającego się koła zębatego. Następnie padają na zwierciadło umieszczone w określonej odległości od koła (w oryginalnym eksperymencie odległość miedzy zwierciadłem a zębatką wynosiła 8630m - dlatego eksperyment został dokonany jedynie w powietrzu). Po odbiciu się od zwierciadła światło powinno ponownie trafić na szczelinę między zębami koła. Jeśli koło obraca się powoli, promienie odbite od zwierciadła można zobaczyć. Obserwator może zmierzyć prędkość c przez zwiększanie prędkości kątowej ω koła od zera do wartości, przy której zniknie obraz źródła. Niech Φ będzie odległością kątową między środkiem przerwy a środkiem zęba. Czas potrzebny na to, by koło obróciło się o kąt, ma być równy czasowi przelotu 2l/c. W ten sposób otrzymujemy: czyli Fizeau opierając się na tym wzorze obliczył że prędkość światła równa się km/s.

63 METODA FOUCAULTA W połowie XIXw. Fizeau i Foucault wykonali pierwsze pomiary prędkości światła w warunkach ziemskich. Na schemacie widać urządzenie pomiarowe zastosowane przez Foucaulta. Wąska wiązka światła ze źródła Z ulega częściowemu odbiciu od ustawionej pod kątem π/4 płaskiej płytki szklanej P, lekko posrebrzonej. Następnie odbija się od płaskiego zwierciadła Z1, obracającego się wokół osi prostopadłej do płaszczyzny rysunku. Punkt A, w którym wiązka pada na zwierciadło Z1, znajduje się w środku krzywizny cylindrycznego zwierciadła Z2. dzięki temu promienie odbite od zwierciadła Z1, niezależnie od jego ustawienia, padają prostopadle na zwierciadło Z2, a zatem kierunki wiązki padającej i odbitej od Z2 są takie same. Światło pada z powrotem w punkcie A na zwierciadło Z1. W czasie Δt, w którym światło pokonuje drogę l od punktu A do zwierciadła Z2 i z powrotem, zwierciadło Z1 obraca się o kąt φ=ωΔt (ω jest prędkością kątową obrotu zwierciadła Z1). W Związku z tym wiązka odbita od Z1 tworzy z wiązką padającą na Z1 kąt 2φ. Kat ten można bardzo precyzyjnie zmierzyć. Prędkość światła określa wzór: Foucoult otrzymał przy pomocy tej metody prędkośc światła wynoszącą: c= km/s

64 DETEKTOR ŚWIATŁA MODULOWANEGO BERGSTRANDA Jest to jedna z najbardziej współczesnych metod wyznaczania prędkości światła i jednocześnie jedna z najbardziej dokładnych. Światło zostaje odbite przez zwierciadło na detektor fotoelektryczny. Natężenie światła wysyłanego ze źródła jest modulowane przez oscylator o częstości radiowej. Oscylator ten moduluje z tą samą częstością czułość fotokomórki. Sygnał dawany przez detektor będzie największy, jeżeli światło o maksymalnym natężeniu dojdzie do fotokomórki w momencie, gdy czułość jej będzie największa. Droga wiązki światła w eksperymencie Bernstranda była rzędu 10 kilometrów. Zmierzył on tą metodą wartość c otrzymując c = ,3 km/s. Można zmniejszyć częstotliwość modulacji nawet do 50 Hz, lecz wtedy pomiar prędkości nie jest wykonywany się bezpośrednio. Obserwuje się wtedy różnice faz sygnału na podstawie krzywych Lissajous (wyglądają jak elipsy, w ekstremalnych przypadkach jak koła i odcinki).

65 NASZA PRACA NA ZAJĘCIACH, NA TEMAT ZJAWISK OPTYCZNYCH W ATMOSFERZE W DOŚWIADCZENIACH, OBSERWACJACH I ZADANIACH RACHUNKOWYCH.

66 Prawo odbicia światła sprawdzaliśmy za pomocą ławy optycznej używanej na lekcjach fizyki z optyki, stosując zwierciadło płaskie. Pomiary: =15° β=15° Wniosek: Kąt odbicia światła β jest równy kątowi padania światła ( =β). DOŚWIADCZALNE SPRAWDZENIE PRAWA ODBICIA ŚWIATŁA.

67 Sprawdzaliśmy to prawo używając ławy optycznej i pół okrągłej płytki wykonanej ze szkła Pomiary: =45° β=28° Obliczenia: Wniosek: Współczynnik załamania światła w szkle wynosi n1,51. DOŚWIADCZALNE SPRAWDZENIE PRAWA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA W SZKLE:

68 Do doświadczenia wykorzystaliśmy: laser He-Ne, siatkę dyfrakcyjną, ekran i linijkę. Światło przechodząc przez siatkę dyfrakcyjną ulega ugięciu (dyfrakcji) i interferencji (0 rząd prążka jasnego i 1 rząd prążka jasnego uzyskany na ekranie) Siatka dyfrakcyjna ekran oraz => DOŚWIADCZALNE WYZNACZENIE DŁUGOŚCI ŚWIATŁA CZERWONEGO ZA POMOCĄ SIATKI DYFRAKCYJNEJ

69 Gdzie: - długość światła czerwonego a-odległość między zerowym i pierwszym rzędem krążków jasnych d-stała siatki dyfrakcyjnej l-odległość ekranu od siatki dyfrakcyjnej Pomiary: a=26cm=0,26m l=2m Obliczenia: ) 0, (m) =644· m=644nm

70 Obliczenie niepewności pomiarowej dla długości światła czerwonego, przyjmując długości z tablic fizycznych: (650nm-780nm) Dla, Bł%1% Dla Bł%=17% Wnioski: Długość światła czerwonego mieści się w przedziale od 650nm do 780nm. Porównując długości światła czerwonego i fioletowego (długość światła fioletowego w tablicach fizycznych wynosi od 380nm do 415nm) stwierdzamy, ze długość światła czerwonego jest większa.

71 W tym celu użyliśmy ławy optycznej i pryzmat W zaciemnionej pracowni fizycznej otrzymaliśmy widmo światła rozszczepionego Swoje obserwacje sfotografowaliśmy Wnioski: Światło białe jest mieszaniną różnych barw: czerwonej pomarańczowej żółtej żółtozielonej zielonej zielononiebieskiej niebieskiej fioletowej Najbardziej załamuje się w pryzmacie światło fioletowe najmniej czerwone. OBSERWACJE ZJAWISKA ROZSZCZEPIENIA ŚWIATŁA BIAŁEGO ZA POMOCĄ PRYZMATU

72 PRZYKŁADOWE ZADANIA RACHUNKOWE Z OPTYKI

73 Przedmiot o wysokości 2m ustawiono prostopadle do osi optycznej soczewki, w odległości 15cm od niej. Zdolność skupiająca soczewki wynosi 10 dioptrii. Znajdź położenie i wysokość obrazu Dane: Szukane: Wzory: h=2cm=0,02m y=? x=15cm=0,15m h=? Z=10 dioptrii f=0,1m Rysunek do zadania: Rozwiązanie Odpowiedź: y=30cm i h=4cm ZADANIE 1. (PODRĘCZNIK Z FIZYKI: WYDAWNICTWO ZAMKOR)

74 Człowiek przy czytaniu musi trzymać książkę w odległości 50cm od oka. Jakich okularów powinien używać, aby móc czytać z odległości 25cm? Człowiek bez okularów: Człowiek z okularami: x=50cm y y I tak: Odpowiedź: Zdolność skupiająca okularów wynosi 2 dioptrie. ZADANIE 2. (PODRĘCZNIK Z FIZYKI: WYDAWNICTWO ZAMKOR)

75 ŹRÓDŁA, Z KTÓRYCH KORZYSTALIŚMY

76 Projekt AS KOMPETENCJI jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie


Pobierz ppt "Projekt AS KOMPETENCJI jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki."

Podobne prezentacje


Reklamy Google