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

Prezentacja na temat: "Projekt „AS KOMPETENCJI” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał."— 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 Nazwa szkoły:
I Liceum Ogólnokształcące im. Powstańców Wielkopolskich w Koźminie Wlkp. Zespół Szkół nr 5 im. Józefa Wybickiego w Szczecinie ID grup: 97/32 G2, 97/15_MF_G1 Opiekun: Jarosław Kucharski, Maja Kotłowska Kompetencja: Matematyczno - fizyczna Temat projektowy: Barwy Semestr/rok szkolny: V/2011/2012

3 Barwy

4 Barwa Barwa - wrażenie wzrokowe wywołane falami świetlnymi. Wrażenie danej barwy można wywołać falą świetlną o odpowiedniej długości, jak i zmieszaniem, czyli równoczesnym działaniem, w odpowiedniej proporcji trzech barw podstawowych. Barwa jest wszędzie, otaczający nas świat jest pełen barw, znajdujemy je gdziekolwiek spojrzymy. Wrażenie wzrokowe wywołane falami świetlnymi. Wrażenie danej barwy można wywołać falą świetlną o odpowiedniej długości, jak i zmieszaniem, czyli równoczesnym działaniem, w odpowiednich proporcji trzech barw podstawowych. Barwa jest wszędzie, otaczający nas świat jest pełen barw, znajdujemy je gdziekolwiek spojrzymy.

5 Światło widzialne To promieniowanie elektromagnetyczne o długości od około 4x10-7m do około 7x10-7 m. Taki zakres odbiera nasze oko, ale zwierzęta mogą rejestrować promieniowanie o innych długościach, np. pszczoły "widzą" promieniowanie nadfioletowe. Najlepiej widzimy w środku zakresu dla barwy żółtozielonej, a najgorzej na końcach.

6 Fale elektromagnetyczne

7 Widmo fal elektromagnetycznych

8 Fale elektromagnetyczne można podzielić ze względu na częstotliwość lub długość, taki podział nazywa się widmem fal elektromagnetycznych. Obejmuje ono fale radiowe, mikrofale, promieniowanie podczerwone, światło widzialne, promieniowanie nadfioletowe, promieniowanie rentgenowskie, promieniowania gamma. Zakresy poszczególnych rodzajów promieniowania nie mają wyraźnych i ostrych granic. Niektóre z nich wzajemnie zachodzą na siebie. Dzieje się tak np. w zakresie promieniowania nadfioletowego i rentgenowskiego czy też promieniowania podczerwonego i promieniowania radiowego. Fale elektromagnetyczne wypełniają otaczającą nas przestrzeń, my jednak zauważamy jedynie fale z małego zakresu widma tzw. światło widzialne.

9 Poszczególne fale elektromagnetyczne

10 Energia pojedynczego kwantu promieniowania (fotonu)
Szacunkowe zakresy pasm fal elektromagnetycznych od fal najdłuższych do najkrótszych Pasmo Częstotliwość fali Długość fali Energia pojedynczego kwantu promieniowania (fotonu) Fale radiowe do 300 MHz powyżej 1 m poniżej 1.24 μeV Mikrofale od 300 MHz do 300 GHz od 1 m do 1 mm od 1.24 μeV do 1.24 meV Podczerwień od 300 GHz do 400 THz od 1mm do 780 nm od 1.24 meV do 1.6 eV Światło widzialne od 400 THz do 789 THz od 780 nm do 380 nm od 1.6 eV do 3.4 eV Ultrafiolet od 789 THz do 30 PHz 380 nm do 10 nm od 3.4 eV do 124 eV Promieniowanie rentgenowskie od 30 PHz do 60 EHz 10 nm do 5 pm od 124 eV do 250 keV Promieniowanie gamma powyżej 60 EHz poniżej 5 pm powyżej 250 keV

11 Fale radiowe Schematyczny rysunek fali elektromagnetycznej promieniowanej przez antenę dipolową.

12 Fale radiowe znajdują bardzo szerokie zastosowanie w telekomunikacji, radiofonii, telewizji, radioastronomii i wielu innych dziedzinach nauki i techniki. W technice podstawowym źródłem fal radiowych są anteny zasilane prądem przemiennym odpowiedniej częstotliwości. Wiele urządzeń generuje też zakłócenia będące falami radiowymi, wymienić tu można na przykład: zasilacze impulsowe, falowniki i regulatory tyrystorowe, piece indukcyjne, spawarki, zapłon iskrowy silników samochodowych, iskrzące styki urządzeń elektrycznych.

13 Naturalne źródła fal radiowych to między innymi wyładowania atmosferyczne, zorze polarne, radiogalaktyki. W atmosferze propagacja fal radiowych jest dosyć skomplikowana, zachodzą różnorodne odbicia i ugięcia fali w niektórych warstwach atmosfery. Przebieg tych zjawisk zależy od zarówno od długości fali, jak i własności powietrza zależnych od pory dnia, pogody, położenia geograficznego.

14 Mikrofale W zależności od metody wytwarzania niekiedy mikrofale są zaliczane do fal radiowych, albo do podczerwieni. Podstawowe zastosowania mikrofal to łączność (na przykład telefonia komórkowa, radiolinie, bezprzewodowe sieci komputerowe) oraz technika radarowa. Fale zakresu mikrofalowego są również wykorzystywane w radioastronomii, a odkrycie mikrofalowego promieniowania tła miało ważne znaczenie dla rozwoju i weryfikacji modeli kosmologicznych. Wiele dielektryków mocno absorbuje mikrofale, co powoduje ich rozgrzewanie i jest wykorzystywane w kuchenkach mikrofalowych, przemysłowych urządzeniach grzejnych i w medycynie. W elektronice mikrofalowej rozmiary elementów i urządzeń są porównywalne z długością fali przenoszonego sygnału. Powoduje to, że przy analizie obwodów nie można stosować elementów o stałych skupionych. Do prowadzenia mikrofal używane są falowody. Do wzmacniania i generacji sygnałów mikrofalowych służą masery, specjalne lampy mikrofalowe oraz mikrofalowe elementy półprzewodnikowe.

15 Podczerwień Promieniowanie podczerwone jest nazywane również cieplnym, szczególnie gdy jego źródłem są nagrzane ciała. Każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje takie promieniowanie, a ciała o temperaturze pokojowej najwięcej promieniowania emitują w zakresie długości fali rzędu 10 μm. Przedmioty o wyższej temperaturze emitują promieniowanie o większym natężeniu i mniejszej długości, co pozwala na zdalny pomiar ich temperatury i obserwację za pomocą urządzeń rejestrujących wysyłane promieniowanie.

16 Technika rejestracji promieniowania podczerwonego emitowanego przez obiekty o temperaturach spotykanych w codziennych warunkach to Termowizja. Umożliwia ona zobrazowanie obiektów w ciemności oraz pomiar temperatury w poszczególnych punktach ich powierzchni. Jest wykorzystywana między innymi w zastosowaniach naukowych, pożarniczych, medycznych, wojskowych, w diagnostyce urządzeń mechanicznych i obwodów elektrycznych, oraz do oceny izolacji termicznej budynków. W paśmie promieniowania podczerwonego są prowadzone obserwacje astronomiczne i meteorologiczne. Jest ono używane w technice grzewczej. Promieniowanie podczerwone również jest stosowane do przekazu informacji - do transmisji danych w światłowodach i układach zdalnego sterowania. Spektroskopia w podczerwieni umożliwia identyfikację organicznych związków chemicznych i badanie ich struktury.

17 Światło widzialne Światło widzialne to ta część widma promieniowania elektromagnetycznego na którą reaguje zmysł wzroku człowieka. Różne zwierzęta mogą widzieć w nieco różnych zakresach. Światło widzialne jest tylko w niewielkim stopniu absorbowane przez atmosferę ziemską i przez wodę. Ma to duże znaczenie dla organizmów żywych, zarówno wodnych, jak i lądowych. Światło ma bardzo duże znaczenie w nauce i wiele zastosowań w technice. Dziedziny nauki i techniki zajmujące się światłem noszą nazwę optyki.

18 Ultrafiolet Promieniowanie ultrafioletowe, jest zaliczane do promieniowania jonizującego, czyli ma zdolność odrywania elektronów od atomów i cząsteczek. W dużym stopniu określa to jego właściwości, szczególnie oddziaływanie z materią i na organizmy żywe. Słońce emituje ultrafiolet w szerokim zakresie spektralnym, ale górne warstwy atmosfery ziemskiej (warstwa ozonowa) pochłaniają większość promieniowania z krótkofalowej części spektrum. Obserwacje astronomiczne w ultrafiolecie rozwinęły się dopiero po wyniesieniu ponad atmosferę przyrządów astronomicznych.

19 W technice ultrafiolet stosowany jest powszechnie
W technice ultrafiolet stosowany jest powszechnie. Powoduje świecenie (fluorescencję) wielu substancji chemicznych. W świetlówkach ultrafiolet wytworzony na skutek wyładowania jarzeniowego pobudza luminofor do świecenia w zakresie widzialnym. Zjawisko to wykorzystuje się również do zabezpieczania banknotów i w analizie chemicznej (Spektroskopia UV). Ultrafiolet o małej długości fali jest wykorzystywany do sterylizacji(wyjaławiania) pomieszczeń. Niektóre owady, na przykład pszczoły, widzą w bliskiej światłu widzialnemu części widma promieniowania ultrafioletowego, również rośliny posiadają receptory ultrafioletu.

20 Promieniowanie rentgenowskie
Promieniowanie rentgenowskie jest promieniowaniem jonizującym. Technicznie promieniowanie rentgenowskie uzyskuje się przeważnie poprzez wyhamowywanie rozpędzonych cząstek naładowanych. W lampach rentgenowskich są to rozpędzone za pomocą wysokiego napięcia elektrony hamowane na metalowych anodach. Źródłem wysokoenergetycznego promieniowania rentgenowskiego są również przyspieszane w akceleratorach cząstki naładowane. Promieniowanie rentgenowskie jest wykorzystywane do wykonywania zdjęć rentgenowskich do celów defektoskopii i diagnostyki medycznej. W zakresie promieniowania rentgenowskiego są również prowadzone obserwacje astronomiczne.

21 Promieniowania gamma jest promieniowaniem jonizującym.
Promieniowanie gamma Promieniowania gamma jest promieniowaniem jonizującym. Promieniowanie gamma towarzyszy reakcjom jądrowym, powstaje w wyniku anihilacji – zderzenie cząstki i antycząstki, oraz rozpadów cząstek elementarnych. Otrzymywane w cyklotronach promieniowanie hamowania i synchrotronowe również leży w zakresie długości fali promieniowania gamma, choć niekiedy bywa nazywane wysokoenergetycznym promieniowaniem rentgenowskim. Promienie gamma mogą służyć do sterylizacji żywności i sprzętu medycznego. W medycynie używa się ich w radioterapii oraz w diagnostyce. Zastosowanie w przemyśle obejmują badania defektoskopowe. Astronomia promieniowania gamma zajmuje się obserwacjami w tym zakresie długości fal.

22 Przybliżenie optyki geometrycznej i warunki jego stosowalności.

23 Optyka geometryczna Założeniem optyki geometrycznej jest, że światło rozchodzi się jako strumień promieni. Przyjmuje się też, że promienie te biegną prostoliniowo od źródła światła. Światło ma naturę kwantową – czyli jest jakby pokawałkowane w miniaturowe porcje, a nie jest ciągłym „sznurkiem”. Ulega ono dyfrakcji i interferencji w wyniku czego może ono nawet omijać przeszkody.

24 Wiązka, a promień światła
Wiele promieni rozchodzących się w zbliżonym kierunku tworzy wiązkę świetlną. Pojęcia wiązki świetlnej i promieni świetlnych są sobie dość bliskie – bo z jednej strony wiązka światła składa się z pojedynczych promieni świetlnych, a z drugiej promień świetlny to nic innego, tylko bardzo cienka wiązka promieni równoległych. Wiązka światła powstaje przez wybranie części z wytwarzanego w źródle światła

25 Podział wiązek światła
Wiązka rozbieżna powstaje ze strumienia światła pochodzącego od źródła punktowego. Trzeba tylko wyciąć z całego światła, część ograniczoną przez przysłonę. Wiązkę zbieżną daje się wytworzyć m.in. za pomocą soczewek, lub zwierciadeł z wiązki promieni równoległych. Wiązkę równoległą można uzyskać z wiązki rozbieżnej jeśli będziemy ją obserwowali na małym obszarze, w dużej odległości od źródła światła (wtedy rozbieżność przestaje być zauważalna) – taką sytuację mamy w odniesieniu do promieni Słońca, które w typowej sytuacji w pobliżu Ziemi są w przybliżeniu równoległe.

26 Odbicie światła Odbicie - zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy dwóch ośrodków powodująca, że pozostaje ona w ośrodku, w którym się rozchodzi. Odbicie może dawać obraz lustrzany lub być rozmyte, zachowując tylko właściwości fali, ale nie dokładny obraz jej źródła. Normalna padania to prostopadła do powierzchni odbijającej w punkcie padania promienia. Prawo odbicia światła Kąt padania to kąt α między promieniem padającym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni). Kąt odbicia to kąt β między promieniem odbitym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni). Kąt odbicia równy jest kątowi padania. Kąty - padania i odbicia leżą w jednej płaszczyźnie.

27 Załamanie światła To zmiana kierunku rozchodzenia się fali (refrakcja fali) związana ze zmianą jej prędkości, gdy przechodzi do innego ośrodka. Zmiana prędkości powoduje zmianę długości fali, a częstotliwość pozostaje stała. Załamanie światła powoduje szereg ciekawych efektów - m.in. złudzenie "złamania" łyżeczki od herbaty umieszczonej w szklance, nieprawidłowej lokalizacji dna jeziora, gdy patrzymy na nie z brzegu. Załamanie światła jest wykorzystywane do budowy soczewek stosowanych w okularach, obiektywach aparatów, lunetach i innych przyrządach optycznych.

28 Stosując ten wzór do ośrodków I i II mamy
Prawo załamania Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest dla dwóch danych ośrodków wartością stałą, równą stosunkowi szybkości światła w tych ośrodkach i zwaną względnym współczynnikiem załamania światła ośrodka drugiego względem pierwszego.        Jeśli założymy, że jednym z ośrodków jest próżnia to współczynnik załamania światła nazywamy (bezwzględnym) współczynnikiem załamania danego ośrodka i oznaczamy go literą n. Stosując ten wzór do ośrodków I i II mamy     a stąd      

29 Załamanie światła Refrakcja - zmiana kierunku rozchodzenia się fali (załamanie fali) związana ze zmianą jej prędkości, gdy przechodzi do innego ośrodka. Zmiana prędkości powoduje zmianę długości fali, a częstotliwość pozostaje stała.

30 Badanie załamania światła na płytce równoległościennej

31 Badanie załamania światła na płytce równoległościennej

32 Prawo odbicia fali

33 Odbicie Zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicy dwóch ośrodków powodująca, że pozostaje ona w ośrodku, w którym się rozchodzi. Odbicie może dawać obraz lustrzany lub być rozmyte, zachowując tylko właściwości fali, ale nie dokładny obraz jej źródła. Odbicie fali: A - granica ośrodków; B - ośrodek pierwszy; C - ośrodek drugi; P - promień padający; N - normalna; Q - promień odbity

34 Odbicie światła Kąt odbicia jest równy kątowi padania, a promień padający, promień odbity i normalna do powierzchni odbicia leżą w jednej płaszczyźnie. W wyniku odbicia zmienia się tylko kierunek rozchodzenia się fali, nie zmienia się jej długość.

35 Całkowite odbicie wewnętrzne

36 Całkowite odbicie wewnętrzne…
… to odbicie światła zachodzące na granicy dwóch ośrodków przezroczystych charakteryzujących się współczynnikami załamania n1 i n2, n1>n2. Zjawisko obserwuje się w ośrodku o większym współczynniku załamania. Polega ono na odbiciu światła zachodzącym bez strat energii, nie towarzyszy mu załamanie światła. Obserwuje się go, gdy kąt padania (tj. kąt zawarty pomiędzy normalną do powierzchni a kierunkiem promienia światła) jest większy od tzw. kąta granicznego całkowitego odbicia wewnętrznego. Wartość tego kąta wyraża się wzorem: γ= arcsin (n2/n1)

37 Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia jest podstawą działania światłowodu, wykorzystywane jest w wielu przyrządach optycznych, m.in. w niektórych konstrukcjach refraktometrów, pryzmatach całkowitego odbicia itp. Światłowód, falowód służący do przesyłania promieniowania świetlnego, pierwotnie miał postać metalowych rurek o wypolerowanych ściankach, służących do przesyłania promieniowania podczerwonego. Obecnie w formie włókien dielektrycznych - najczęściej szklanych, z otuliną z tworzywa sztucznego, charakteryzującego się mniejszym współczynnikiem załamania światła niż wartość tego współczynnika dla szkła. Promień światła rozchodzi się w światłowodzie po drodze będącej łamaną, tzn. ulegając kolejnym odbiciom (w przypadku światłowodu z włókien są to odbicia całkowite wewnętrzne). światłowód

38 Także wiele zjawisk występujących w przyrodzie tłumaczymy całkowitym odbiciem światła. Przykładem może być tu: fatamorgana (miraż), połysk gorącej szosy (tzw. szosowa fatamorgana).  Prawdziwa fatamorgana, czyli złudne widoki oaz na pustyni - często odwrócone do góry nogami - powstają w wyniku wytworzenia nad piaskiem warstwy powietrza o zwiększonej gęstości, która jak światłowód prowadzi promienie świetlne wzdłuż powierzchni ziemi pokonując nierówności terenu.(wymaga ono jednak bezwietrznej pogody i szybkich zmian temperatur).  Fatamorgana szosowa to złudzenie, polegające na obserwacji na jezdni „kałuży”, w której odbija się samochód, krajobraz. Zjawiska te są skutkiem całkowitego wewnętrznego odbicia światła od cienkiej warstewki rozgrzanego powietrza, tuż nad rozgrzaną powierzchnią szosy.

39 Obraz pozorny Obraz przedmiotu, który powstaje w wyniku przecięcia się przedłużeń promieni rzeczywistych po ich przejściu przez układ optyczny. Obraz pozorny nie jest widoczny na ekranie. Obraz ten jest widoczny dla obserwatora rejestrującego rozbieżną wiązkę promieni opuszczających układ optyczny. Nasze zmysły, przyzwyczajone do prostoliniowego rozchodzenia się światła, lokują obraz w miejscu, w którym w rzeczywistości nie biegną żadne promienie - stąd nazwa obrazu pozornego. Efekt ten bywa wykorzystywany w pokazach iluzjonistycznych. Obraz pozorny powstały po przejściu promieni przez soczewkę rozpraszającą.

40 Przykłady powstawania obrazów pozornych
Odbicie światła od płaskiego zwierciadła - rys. 1. Odbicie światła od wklęsłego zwierciadła - tylko wówczas, gdy odległość przedmiotu od zwierciadła jest mniejsza niż ogniskowa zwierciadła Przechodzenie promieni przez soczewkę rozpraszającą - rys. 2. Przechodzenie promieni przez soczewkę skupiającą - tylko wówczas, gdy odległość przedmiotu od soczewki jest mniejsza niż ogniskowa soczewki - rys. 3. svg&filetimestamp=

41 Soczewki Soczewka- jest to proste urządzenie optyczne składające się z jednego lub kilku bloków przezroczystego materiału (np.szkła,żeli). Może powstać z dwóch pryzmatów o odpowiednio wyprofilowanym ośrodku. Istotą soczewki jest to, że jedna z powierzchni roboczych jest zakrzywiona.

42 Równanie Soczewki Odległością przedmiotu i obrazu od soczewki spełnia zależność zwana równaniem soczewki. x – odległość przedmiotu od soczewki y - odległość obrazu przedmiotu od soczewki f – ogniskowa soczewki (odległość ogniska od środka soczewki)

43 Główna oś optyczna - jest osią symetrii soczewki i przebija ją w najbardziej spłaszczonym miejscu.
Idealna soczewka załamuje wszystkie promienie świetlne biegnące równolegle do głównej osi optycznej do jednego punktu. 

44 Ogniskowa – odległość pomiędzy ogniskiem układu optycznego a punktem głównym układu optycznego, np. odległość środka soczewki od punktu, w którym skupione zostaną promienie świetlne, które przed przejściem przez soczewkę biegły równolegle do jej osi. Ogniskową można określić zarówno dla soczewek i ich układów, jak i dla zwierciadeł. R1 i R2 – odpowiednie promienie krzywizn, no – współczynnik załamania ośrodka zewnętrznego, n – współczynnik załamania materiału soczewki. Im większa jest ogniskowa tym teleskop ma większą "moc" - jest większy obraz i mniejsze pole widzenia. Teleskop o ogniskowej 2000mm ma dwukrotnie większą "moc" i o połowę mniejsze pole widzenia niż teleskop o ogniskowej 1000mm.

45 1 – dwuwypukła 2 – płasko-wypukła 3 – wklęsło-wypukła
Rodzaje soczewek Soczewki dzielimy na dwie podstawowe grupy: skupiające i rozpraszające. 1 – dwuwypukła – płasko-wypukła – wklęsło-wypukła 1 – dwuwklęsła – płasko-wklęsła – wypukło-wklęsła

46 WYZNACZANIE ODLEGŁOŚCI OGNISKOWEJ SOPCZEWKI
DOŚWIADCZENIE

47 PRZEDMIOTY POTRZEBNE DO WYKONANIA DOŚWIADCZENIA
Soczewka skupiająca Soczewka rozpraszająca Biały kartonik formatu A4 Sztywny pomiar metrowy

48 KOLEJNE ETAPY DOŚWIADCZENIA
W jasny dzień znajdujemy na kartoniku obraz odległego budynku, drzewa lub innego dużego obiektu, używając lupy lub innej soczewki skupiającej. Zwracamy uwagę na fakt, że dla dostatecznie odległych przedmiotów ich obraz uzyskiwany za pomocą soczewki powstaje w jej ognisku. Za pomocą przymiaru metrowego mierzymy odległość f1 pomiędzy soczewką i ekranem; określamy niepewność pomiaru Δf. Powtarzamy pomiar trzy razy ;obliczamy wartość średnią f1śr

49 Wykonujemy drugą serię takich samych pomiarów odwzorowując świecącą w sali, odległą lampę; obliczamy f2śr Porównujemy uzyskane w obu pomiarach wyniki ‘co jest przyczyną ich rozbieżności? Która ze zmierzonych wartości jest bardziej zbliżona do rzeczywistej ogniskowej f soczewki? Dlaczego? Obliczamy zdolność D badanej soczewki. Zestawiamy układ złożony z tej samej soczewki i soczewki okularów korekcyjnych dla dalekowidza ,powtarzamy pomiary ogniskowej fu układu soczewek. Mierzymy ogniskową f0 soczewki okularowej opisaną wcześniej metodą. Sprawdzamy słuszność wzoru na zdolność skupiającą układu soczewek Du = D+D0

50 Zestawiamy układ złożony z badanej soczewki oraz soczewki z okularów dla krótkowidza; mierzymy ogniskową fu takiego układu, obliczamy jego zdolność skupiającą Du i na tej podstawie wyznaczamy ogniskową soczewki dla krótkowidza fx Niepewność wyznaczenia ogniskowej fx określamy NKP

51 Interferencja i dyfrakcja

52 Interferencja światła
Interferencja to nakładanie się dwóch lub większej liczby wiązek, w wyniku czego dochodzi do wzmocnienia lub wygaszenia interferencyjnego. Warunkiem wystąpienia obrazów interferencyjnych jest spójność wiązek światła oraz występowanie różnicy dróg Δr, przebytych przez wiązki od źródła do punktu nałożenia się. Wzmocnienie interferencyjne (jasny prążek) zachodzi wówczas, gdy różnica dróg przebytych przez dwie fale do miejsca ich spotkania spełnia warunek: Δr = r1 – r2 = nλ, gdzie n = 0, 1, 2, • Wygaszenie interferencyjne zachodzi wówczas, gdy spełniony jest warunek: gdzie n = 1, 2, 3... • Wiązki spójne to takie wiązki, które czasowo i przestrzennie  wykazują stałą różnicę faz, np. wiązka światła laserowego.

53

54 Obserwacja interferencji
Dla zjawiska interferencji, obszar rozchodzenia się fal składa się z fragmentów, gdzie zupełnie nie ma oscylacji i miejsc, w których jej amplituda ulega podwojeniu. Aby zaobserwować maksima i minima interferencyjne, konieczne jest, aby źródła fal były koherentne, czyli miały tę samą fazę, częstotliwość oraz długość. Białe światło Słońca nie spełnia takiego warunku, dla każdej długości fal składających się na światło białe wzmocnienie i osłabienie interferencyjne zachodzi w innym miejscu.

55 Dyfrakcja świetlna Promienie światła rozchodzą się po liniach prostych, lecz przechodząc przez małe otwory ulegają ugięciu, czyli dyfrakcji. Dyfrakcja, jako zjawisko typowe dla ruchu falowego, jest świadectwem falowej natury światła. Ponieważ dyfrakcję można obserwować tylko wtedy, gdy rozmiary szczeliny są porównywalne z długością fali padającej na szczelinę, to dyfrakcja światła, ze względu na małą długość fal świetlnych, zachodzi tylko na bardzo małych szczelinach. Dla promieni rentgenowskich, które mają dużo krótszą falę, takimi szczelinami mogą być odstępy między atomami ciał stałych. Dzięki dyfrakcji tych promieni na sieci krystalicznej ciał stałych można badać ich strukturę wewnętrzną.

56 Jeden z najprostszych przykładów zjawiska dyfrakcji zachodzi, gdy równoległa wiązka światła (np. z lasera) przechodzi przez wąską pojedynczą szczelinę zwaną szczeliną dyfrakcyjną. Zgodnie z zasadą Huygensa każdy punkt szczeliny o szerokości d, jest nowym źródłem fali. Między źródłami zachodzi interferencja, co powoduje wzmacnianie. Dla promieniowania rentgenowskiego zjawisko to pozwala na obserwacje kolejnych warstw kryształu. W świetle widzialnym dyfrakcję na warstwach można obserwować jako rozproszenie światła białego na powierzchni płyty CD. Kolejne ścieżki tworzą następujące po sobie warstwy, na których fale o różnych kolorach, załamują się pod różnym kątem. W efekcie światło białe rozdziela się na poszczególne barwy.

57 Kolory uzyskane ze światła białego zawsze cieszą wzrok
Kolory uzyskane ze światła białego zawsze cieszą wzrok. Nawet wtedy, gdy mamy wątpliwości co do przyczyny pojawienia się widma. Tu obraz z pewnością jest wynikiem ugięcia światła, czyli dyfrakcji. Nie umiemy jednak stwierdzić z całą pewnością, że to dyfrakcja na szczelinach między gałązkami. Być może jest to artefakt powstały w układzie optycznym aparatu fotograficznego. Ugięcie to zjawisko zależne od długości fali, a więc różne dla różnych kolorów tęczy. Każdy kolor, a dokładniej - każda długość fali - ma swój kąt ugięcia, przy którym powstają jasne koła. Widać, że najsilniej ugina się składowa czerwona, odpowiadająca największej długości fali.

58 Siatka dyfrakcyjna Przyrząd do przeprowadzania analizy widmowej światła. Tworzy ją układ równych, równoległych i jednakowo rozmieszczonych szczelin.

59 Prędkość światła Prędkość światła w zależności od kontekstu może oznaczać: Prędkość fali elektromagnetycznej w próżni i wynikającą z tego stałą fizyczną (c = 299 792 458 m/s), Prędkość światła w ośrodkach materialnych.

60 Prędkość światła w Próżni
Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni nie zależy od częstości fali ani układu odniesienia. Stałość tej prędkości wynika z podstawowych własności przestrzeni i dlatego w fizyce określa się stałą c o nazwie prędkość światła. Stała fizyczna Prędkość światła (prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej w próżni) jest bardzo ważną stałą fizyczną oznaczaną symbolem c, wynoszącą dokładnie

61 Prędkość światła w Ośrodkach Materialnych
Prędkość rozchodzenia się fali elektromagnetycznej zależy od ośrodka, w jakim porusza się ta fala osiąga wielkość maksymalną w próżni. W odróżnieniu od np. dźwięku, fala elektromagnetyczna do propagacji nie potrzebuje ośrodka materialnego. Hipotetyczny ośrodek, w którym miałaby się rozchodzić fala elektromagnetyczna, nazywano eterem. Doświadczenia Michelsona-Morleya pokazały jednoznacznie, że eter nie istnieje. AAAAls/0pZHOpPxcnk/s1600/DSCI1110.JPG

62 Metody obliczania prędkości światła
Pierwszego pomiaru prędkości światła planował dokonać Galileusz. Eksperyment postanowił przeprowadzić wraz ze swoim pomocnikiem za miastem na dwóch wzgórzach, mając do dyspozycji dwie latarnie. Sama próba polegała na odsłanianiu i przesłanianiu latarni, jednak ze względu na ogromną prędkość światła i bardzo duży błąd pomiaru, skazana była na niepowodzenie. Była to jednak pierwsza odnotowana eksperymentalna próba zmierzenia prędkości światła. W 1676 Ole Rømer podał pierwsze szacowanie skończonej prędkości światła stwierdzając, że światło potrzebuje mniej niż sekundę, by przebyć odległość 3000 mil francuskich (około 13000 km). Obliczenia oparł na obserwacji satelity Jowisza. Pierwszego laboratoryjnego pomiaru prędkości światła dokonał w 1849 roku francuski fizyk Armand Fizeau używając koła zębatego. Od tamtej pory metody pomiaru prędkości światła były stale rozwijane, czego efektem był wzrost dokładności pomiaru. W 1907 roku Albert Abraham Michelson otrzymał Nagrodę Nobla m.in. za bardzo dokładne pomiary prędkości światła.

63 Doświadczenie Römera  Po raz pierwszy prędkość światła wyznaczona została w roku 1676 przez duńskiego uczonego Olafa Römera. Römer był astronomem. Pomyślny wynik jego prac tłumaczymy właśnie tym, że odległości między ciałami, dla których mierzył on prędkość światła, były bardzo duże. Były to bowiem odległości między planetami Układu Słonecznego. Römer obserwował zaćmienia księżyców Jowisza - największej planety Układu Słonecznego. Jowisz, w odróżnieniu od Ziemi, ma dwanaście księżyców. Obiektem obserwacji Römera był księżyc Io. Astronom widział, jak księżyc przesuwał się na tle planety, pogrążał w jej cień i znikał z pola widzenia. Potem pojawiał się ponownie jak nagle zapalona lampa. Czas, który upływał między dwoma kolejnymi pojawieniami się Io zza tarczy Jowisza był równy 48 godzin i 28 minut. W ten sposób księżyc spełniał rolę ogromnego zegara niebieskiego, który w równych odcinkach czasu przesyłał sygnały na Ziemię. Pierwszych pomiarów czasu obiegu księżyca dokonał Römer w chwili, kiedy Ziemia, krążąc wokół Słońca znajdowała się najbliżej Jowisza. Podobne pomiary dokonane 6 miesięcy później, kiedy Ziemia zwiększyła odległość od Jowisza o odcinek równy średnicy swej orbity, wykazały nieoczekiwanie, że Io wynurzał się z cienia Jowisza o 15 minut później niż należałoby oczekiwać, znając czas jego obiegu. Römer wytłumaczył to w następujący sposób: "Jeśli mógłbym pozostać po przeciwnej stronie orbity ziemskiej, to Io zawsze wynurzałby się z cienia w przedziwnym czasie; obserwator znajdujący się tam zobaczyłby Io 15 minut wcześniej. W naszym przypadku opóźnienie spowodowane jest tym, że światło potrzebuje 15 minut na przebycie drogi dzielącej miejsca mojej pierwszej i drugiej obserwacji". Znając opóźnienie pojawiania się księżyca oraz odległość, która to powoduje, można wyznaczyć prędkość światła dzieląc tę odległość (średnica orbity Ziemi) przez czas opóźnienia. Jak okazało się, prędkość światła jest niezwykle duża i wynosi około km/s (przyjmując niedokładną wówczas wartość średnicy orbity Ziemi Römer wyznaczył wartość prędkości światła na c = km/s). Dlatego też niesłychanie trudno jest zmierzyć czas, w którym światło rozchodzi się między dwoma punktami na Ziemi. Zauważamy, że w ciągu jednej sekundy światło przebywa drogę 8-krotnie większą niż długość równika. 

64 Koła zębate Fizeau. Po raz pierwszy metodą laboratoryjną prędkość światła wyznaczona została w 1849 roku przez francuskiego fizyka A. Fizeau. W metodzie Fizeau promienie świetlne przechodzą przez szczeliny między zębami obracającego się koła zębatego. Następnie padają na zwierciadło umieszczone w odległości kilku kilometrów od koła. 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. Przy zwiększaniu prędkości obrotowej światło powoli zanika. W jaki sposób można to wytłumaczyć? W tym samym czasie, w którym promień po przejściu przez szczelinę biegnie do zwierciadła i z powrotem, koło zdąży już obrócić się tak, że na miejscu szczeliny znajduje się teraz ząb i dlatego światła nie widzimy. Przy dalszym zwiększaniu prędkości obrotowej światło zaczynamy widzieć ponownie. Teraz, w tym samym czasie, w którym promienie biegną do zwierciadła i z powrotem, koło obraca się tak szybko, że na miejscu poprzedniej szczeliny pojawia się następna. Znając ten czas oraz odległość między kołem, a zwierciadłem, można wyznaczyć prędkość światła. W doświadczeniu Fizeau odległość wynosiła 8,6 kilometrów. Wyznaczona w tych warunkach wartość prędkości światła była równa c = km/s. 

65 Wirujące zwierciadła Foucaulta
Przyrząd Foucaulta z wirującym zwierciadłem pochodzi z 1850 roku. Składa się on ze źródła S, półprzeźroczystego posrebrzanego zwierciadła M1, wirującego zwierciadła R oraz zwierciadła sferycznego M2. Wiązka biegnie ze źródła S do M2. Gdy zwierciadło R jest w spoczynku to wiązka światła biegnąca ze źródła S przez M1 i R do M2 wraca po odbiciu tą samą drogą do M1 i jest widziana w punkcie obserwacyjnym O. Jeśli zwierciadło R wiruje, to światło biegnące ze źródła S przez R do M2, po odbiciu od M2 powraca do wirującego zwierciadła, gdy jest ono już w nowym położeniu R'. Obserwator O widzi na płytce M1 obraz przesunięty. Foucault wyznaczył prędkość światła znając długość L, przesunięcie obrazu i prędkość kątową wirującego zwierciadła. Najlepsza wartość prędkości światła w powietrzu, uzyskaną przez Foucaulta w 1862 roku wynosiła: c = ą500 km/s. 

66 Metoda rezonatora wnękowego Essena.
Można bardzo dokładnie wyznaczyć częstość, przy której rezonator wnękowy o znanych wymiarach zawiera znaną liczbę połówek długości fali promieniowania elektrostatycznego. Prędkość światła możemy obliczyć z teoretycznej zależności pomiędzy długością fali i częstością.  c = V  Zwykle z pudła rezonatora wypompowuje się powietrze. Fale elektromagnetyczne wnikają na pewną nie-wielką głębokość w ścianki pudełka, dlatego też konieczna jest poprawka uwzględniająca ten efekt. Essen w roku 1950 stosował częstości 5960, 9000 oraz 9500 MHz i znalazł: c = ,5 km/s. ą 1 km/s. 

67 Detektor światła modulowanego.
Jest to jedna z najbardziej współczesnych nam metody wyznaczania prędkości światła i jednocześnie jedna z najbardziej dokładnych. Światło pochodzące ze źródła S zostaje odbite przez zwierciadło M na detektor fotoelektryczny D. 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. Warunek ten będzie spełniony gdy czas przebiegu światła z punktu S do D będzie równy całkowitej wielokrotności okresów N modulującej częstości v . Czas ten rów-na się N/v , z czego wynika Gdzie L jest odległością źródła S i detektora D od zwierciadła. Zastosowana w tej metodzie droga wiązki światła była rzędu 10 kilometrów. Bergstrand zmierzył tą metodą wartość c otrzymując c = ±0,3 km/s. Istnieje wiele innych metod na wyznaczanie prędkości światła. Jej pomiary przeprowadzono w wielu różnych przeźroczystych ośrodkach. Prędkość światła w wodzie została zmierzona w roku Jak się okazało, jest ona 4/3 razy mniejsza od prędkości w próżni. Według współczesnych danych prędkość światła w próżni jest równa c = ,5 km/s. Przy czym wartość ta została zmierzona z dokładnością 0,4 km/s. Wyznaczenie prędkości światła odegrało w nauce bardzo ważną rolę, przyczyniając się w znacznym stopniu do wyjaśnienia natury światła. Według aktualnego stanu wiedzy nie istnieje większa prędkość od prędkości światła. Prędkość światła jest więc maksymalną prędkością.

68 Doświadczenie Younga

69 Eksperyment polegający na przepuszczeniu światła spójnego przez dwie blisko siebie położone szczeliny i obserwacji obrazu powstającego na ekranie. Wskutek interferencji na ekranie powstają jasne i ciemne prążki w obszarach, w których światło jest wygaszane lub wzmacniane. Eksperyment potwierdził falową naturę światła i stanowił poważny argument przeciwko korpuskularnej koncepcji światła, której zwolennikiem był Isaac Newton. Po raz pierwszy eksperyment ten wykonał około roku 1805 Thomas Young, fizyk angielski.

70 Thomas Young wykonał swój eksperyment następująco: do zaciemnionego pokoju wpuścił wąską wiązkę światła słonecznego. Przechodziła ona przez wąską szczelinę, wykonaną w nieprzepuszczającym światła materiale (to w celu uzyskania światła koherętnego), aby następnie trafić na dwie szczeliny, umieszczone względem siebie w znanej odległości. Światło po pokonaniu tych przeszkód trafiało na ekran dając widmo zupełnie inne niż to jakie można by się spodziewać na gruncie teorii uznającej światło za cząstki. Zgodnie z nią gdyby zakryć jedną z dwóch szczelin na ekranie pojawił się jednolity obszar oświetlony. Dlaczego więc gdy obie są odkryte widzimy zamiast jednorodnego obszaru, powstającego w wyniku sumowania obrazów widm pochodzących od pojedynczej szczeliny widmo mające postać prążków o różnej jasności? 

71 Teoria falowa daje bardzo prostą odpowiedź - ponieważ wystąpiło zjawisko dyfrakcji i interferencji. Zjawisko dyfrakcji, czyli ugięcia się fali świetlnej na przeszkodzie zachodzi wyraźnie dla przedmiotów o wielkościach porównywalnych do długości fali świetlnej (czyli rzędu setek nanometrów dla światła widzialnego). Ilustruje je dość dobrze fakt obserwowany doświadczalnie - wraz ze zmniejszaniem się średnicy otworka - przeszkody, światło przezeń przechodzące daje na ekranie coraz większe widmo. Dla najprostszego przypadku, jeśli podzielimy otwór na punkty i rozpatrzymy drogę optyczną jaką przebywa fala mająca swoje źródło w danym punkcie do danego punktu ekranu będziemy mogli znaleźć natężenie światła w danym punkcie. Ich obraz (jasny czy ciemny) na ekranie zależy od drogi optycznej. Rozpatrując ją dla każdego promienia – fali i sumując natężenia które wnoszą wszystkie fale docierające do danego punktu ekranu otrzymujemy obraz powstały w wyniku interferowania ze sobą fal które zostały ugięte (dyfrakcja) na szczelinach. Owego sumowania dokonać można obliczając dość skomplikowaną całkę.

72 Poniższy obrazek przedstawia wynik doświadczenia Younga dla otworów kołowych

73 Podsumowując: W przypadku doświadczenia Younga mamy do czynienia z dwoma zjawiskami typowo falowymi. Należy tutaj zaznaczyć iż aby zaobserwować interferencję, fale muszą być koherętne (spójne). Young osiągnął to przepuszczając wiązkę światła najpierw przez pojedynczą szczelinę. W wyniku dyfrakcji na niej, powstała fala która była koherętna. Obecnie, można wykorzystać do oświetlenia szczelin laser, które jest źródłem światła koherętnego. Tak więc światło koherętne dociera do szczelin i ulega dyfrakcji na nich. Ugięte fale interferują ze sobą, dając obraz interferencyjno - dyfrakcyjny, w postaci prążków. Kolejne, w stosunku do centralnego, prążki charakteryzują się coraz słabszym natężeniem, aż do zaniku. Zjawisko Dyfrakcji, która zależy od kształtu przedmiotu, decyduje o kształcie obrazu, a interferencja decyduje o rozkładzie natężenie światłą wewnątrz obrazu. 

74 Zjawisko polaryzacji światła przy odbiciu i przy przejściu przez polaryzator

75 Do polaryzowania fal służy polaryzator.
Polaryzacja światła Jest to uporządkowanie kierunku drgań pola elektromagnetycznego fali świetlnej. Do polaryzowania fal służy polaryzator. 

76 Polaryzator Urządzenie optyczne przepuszczające światło o określonej polaryzacji liniowej. Z padającego światła naturalnego niespolaryzowanego przepuszcza fale elektromagnetyczne, których wektor elektryczny leży w określonym przez polaryzator kierunku, tworząc światło spolaryzowane. Z padającego światła spolaryzowanego przepuszcza składową w kierunku polaryzacji, a nie przepuszcza składowej prostopadłej do kierunku polaryzacji. Dlatego układ dwóch polaryzatorów, które są obrócone względem swoich płaszczyzn polaryzacji o kąt prosty nie przepuszcza światła. Polaryzatory są używane w przyrządach optycznych do badania materiałów, naprężeń w ośrodkach przeźroczystych (mikroskop polaryzacyjny), do eliminacji odbić.

77 Przykład działania polaryzatora
Przykład działania polaryzatora. Światło odbite od płaskiej powierzchni jest częściowo spolaryzowane w określonym kierunku (zdjęcie po prawej). Użycie polaryzatora powoduje usunięcie światła o niepożądanej polaryzacji (zdjęcie po lewej)

78 Polaryzacja światła przy odbiciu
Gdy niespolaryzowane światło pada na granicę dwóch ośrodków przezroczystych pod takim kątem (kąt Brewstera), że promień odbity tworzy z promieniem załamanym kąt prosty, to światło odbite zostaje całkowicie, a światło przechodzące częściowo spolaryzowane liniowo. Zjawisko polaryzacji przez odbicie zostało odkryte w 1809 r. przez Malusa. Dla innych kątów padania światła, światło odbite jest również spolaryzowane częściowo. Im kąt padania bardziej różni się od kąta Brewstera, tym stopień polaryzacji światła odbitego jest mniejszy. Przy odbiciach od dielektryków nieprzezroczystych promień załamany zostanie oczywiście pochłonięty, ale odbity jest nadal spolaryzowany.

79 Zjawisko to jest odpowiedzialne na polaryzację światła tęczy, która tworzy się na skutek załamań i odbić światła w kroplach wody oraz tęczowego halo wokół słońca i księżyca (o promieniach kątowych 22° i 46°), powstającego na skutek załamania promieni światła na heksagonalnych kryształkach lodu w wysokich warstwach atmosfery. Odbicie światła od powierzchni metalu nie polaryzuje światła niespolaryzowanego, ale zmienia stan polaryzacji odbitego pod kątem światła, na przykład przy odpowiednich kątach światło spolaryzowane liniowo po odbiciu od gładkiej powierzchni metalowej zmienia polaryzację na eliptyczną albo kołową. Zmiana polaryzacji wynika ze zmiany fazy składowej elektrycznej prostopadłej do powierzchni odbijającej w stosunku do składowej równoległej do niej.

80 Rozszczepienie światła białego

81 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 danej fali świetlnej.

82 Rozszczepienie najłatwiej jest zaobserwować w pryzmacie (w porównaniu do tego samego efektu padającego na zwykłą granicę dwóch ośrodków), ponieważ załamuje on i rozszczepia światło dwukrotnie dzięki czemu barwne promienie są silniej rozbieżne niż w przypadku załamania jednokrotnego.

83 częstotliwość THz (1012Hz)
kolor długość fali nm (10-9m) częstotliwość THz (1012Hz) czerwony ~ ~ pomarańczowy ~ ~ żółty ~ ~ zielony ~ ~ cyjan ~ ~ niebieski ~ ~ indygo ~ ~ fioletowy ~ ~

84 Doświadczenie: rozszczepienie światła białego
Patrz link poniżej:

85 Przejście światła przez płytkę równoległościenną

86 Przejście światła przez pryzmat
kąt minimalnego odchylenia kąt łamiący

87 Krążek Newtona Światło białe składa się z następujących barw: czerwona, pomarańczowa, żółta, zielona, niebieska i fioletowa. Ze względu na ograniczoną czasową zdolność rozdzielczą siatkówki oka („bezwładność”) następujące po sobie obrazy nie są widziane oddzielnie, ale jako występujące jednocześnie. Takie złożenie obrazów o barwach tęczy daje wrażenie, że krążek jest biały. W ten sposób udowadniamy, że światło białe jest mieszaniną światła  o różnych barwach.

88 Pierścienie Newtona Pierścienie Newtona– zjawisko optyczne polegające na powstawaniu prążków interferencyjnych w kształcie pierścieni, w świetle przechodzącym jak i odbitym, przechodzącym poprzez cienkie warstwy w pobliżu styku powierzchni wypukłej i płaskiej rozdzielonych substancją o innym niż stykające się współczynniku załamania. Dla światła białego powstają wielobarwne prążki, dla monochromatycznego – jasne i ciemne prążki.

89 BIBLIOGRAFIA

90 BIBLIOGRAFIA http://encyklopedia.pwn.pl/haslo.php?id=3995492