ID grupy: 97/2 _MF_G2 Kompetencja: MATEMATYCZNO - FIZYCZNA Temat projektowy: ZJAWISKA OPTYCZNE Semestr II / rok szkolny : 2009 / 2010

Zagadnienia ujęte w prezentacji : OPTYKA GEOMETRYCZNA : ZJAWISKO ODBICIA ŚWIATŁA, ZWIERCIADŁA, ZJAWISKO ZAŁAMANIA ŚWIATŁA, SOCZEWKI.

Zagadnienia ujęte w prezentacji : OPTYKA FALOWA : DYSPERSJA DYFRAKCJA SIATKA DYFRAKCYJNA INTERFERENCJA SUPERPOZYCJA

Zagadnienia ujęte w prezentacji : ZJAWISKA OPTYCZNE W ATMOSFERZE : OGNIE ŚW. ELMA GLORIA FATAMORGANA HALO WIDMO BROCKENU SŁUP ŚWIETLNY SŁOŃCE POBOCZNE ZIELONY PŁOMIEŃ IRYZACJA TĘCZA POŚWIATA ZIEMI IRRADJACJA WIENIEC

Materiały wykorzystane w prezentacji pochodzą ze stron : www.interklasa.pl http://lo2.nazwa.pl http://pl.wikipedia.org http://c.wrzuta.pl http://chmury.pl http://www.zgapa.pl http://sciaga.onet.pl http://www.bryk.pl http://www.google.pl http://gwiazdozbiory.eulersoft.com.pl www.fizykaciekawa.republika.pl http://www.walter-fendt.de http://www.fotoporadnik.pl http://www.gwarki.com http://www.naukowy.pl/encyklopedia http://www.prv.nowasarzyna.pl

Zjawisko odbicia światła

Prawo odbicia Kąt odbicia jest równy kątowi padania, a promień padający, promień odbity i normalna do powierzchni odbijającej leżą w jednej płaszczyźnie.

Całkowite wewnętrzne odbicie Zjawisko zachodzi, gdy światło pada na granicę dwóch ośrodków pod kątem większym od kąta granicznego, wiązka światła zgodnie z prawem odbicia ulega tylko odbiciu i żadna jego część nie „wchodzi” do drugiego ośrodka. Stosowane w konstrukcji światłowodów.

Zwierciadło Jest to gładka powierzchnia o nierównościach mniejszych niż długość fali świetlnej.

Rodzaje zwierciadeł Ze względu na kształt powierzchni: -płaskie -wklęsłe (skupiające) -wypukłe (rozpraszające) Ze względu na rodzaj krzywizny: -sferyczne/kuliste -paraboliczne (paraboloidalne) -hiperboliczne (hiperboloidalne) -inne (o powierzchni opisanej równaniami wyższego rzędu lub nieregularnej) -cylindryczne

Zwierciadło płaskie Powstaje obraz pozorny. Konstruuje się poprzez wykonanie odbicia symetrycznego względem płaszczyzny zwierciadła. Rysunek przedstawia sposób powstawania obrazu w zwierciadle płaskim:

Zwierciadło wklęsłe Są to zwierciadła skupiające. Powstaje obraz rzeczywisty zawsze odwrócony. Może być takiej samej wielkości, powiększony albo pomniejszony. Rysunek przedstawia sposób powstawania obrazu w zwierciadle wklęsłym:

Zwierciadło wypukłe Są to zwierciadła rozpraszające. Powstaje obraz pozorny, pomniejszony i nie odwrócony. Rysunek przedstawia sposób powstawania obrazu w zwierciadle wypukłym:

Zwierciadło sferyczne Ma powierzchnię będącą fragmentem sfery.

Zastosowanie zwierciadeł Zwierciadła płaskie: lustra i lusterka powszechnego użytku (ścienne, łazienkowe, kieszonkowe, dekoracyjne itp.), lustra fenickie, w lustrzankach jako element kierujący światło do wizjera, podnoszony na czas robienia zdjęcia, w laserach jako elementy ograniczające wnękę rezonansową, jako elementy zmieniające bieg światła w urządzeniach optycznych,

Zastosowanie zwierciadeł Zwierciadła wklęsłe i wypukłe: w teleskopach, w obiektywach lustrzanych, w "powiększających" lusterkach kosmetycznych, w samochodowych lusterkach wstecznych, w lustrach ustawianych przy drogach w miejscach szczególnie niebezpiecznych, o ograniczonej widoczności, w lampach i reflektorach w mikroskopach w aparatach fotograficznych w projektoskopach.

Wady zwierciadeł Ze względu na fakt, iż zwierciadło zmienia bieg promieni tak samo, niezależnie od długości fali światła, zwierciadła pozbawione są aberracji chromatycznych. Bieg odbitych promieni podlega jednak aberracjom optycznym: zwierciadła sferyczne ze względu na swój kształt posiadają aberrację sferyczną, zwierciadła paraboliczne nie posiadają aberracji sferycznej, występuje w nich natomiast zniekształcenie o nazwie koma.

ZJAWISKO ZAŁAMANIA ŚWIATŁA

Prawo załamania Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest dla dwóch danych ośrodków wielkością stałą, równą stosunkowi szybkości światła w tych dwóch ośrodkach i nazywa się współczynnikiem załamania ośrodka drugiego względem pierwszego. Promień padający, promień załamany i normalna do granicy ośrodków leżą w jednej płaszczyźnie.

Kąt graniczny Kąt padania promienia, przy którym promień załamany ślizga się po powierzchni granicznej (kąt załamania wynosi 90°), występuje tylko przy przechodzeniu światła z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka optycznie rzadszego.

Soczewki Soczewka - element optyczny ograniczony dwiema powierzchniami sferycznymi lub powierzchnią sferyczną i płaską, proste urządzenie optyczne składające się z jednego lub kilku sklejonych razem bloków przezroczystego materiału (zwykle szkła, ale też różnych tworzyw sztucznych, żeli, minerałów, a nawet kuli wypełnionej wodą lub bryły lodu).

Soczewka charakteryzuję się tym, że przynajmniej jedną z jej części stanowi wycinek sfery, A - dwuwypukła B - płaskowypukła C - wklęsłowypukła D - dwuwklęsła E - płaskowklęsła F - wklęsłowklęsła Oprócz wymienionych powyżej istnieje także soczewka asferyczna. A, B, C- skupiające D, E, F- rozpraszające

Soczewki skupiające Położenie przedmiotu: x=f Położenie przedmiotu: 0<x<f Cechy obrazu: - pozorny; - prosty, czyli nie odwrócony - powiększony; p>1 Odległość obrazu: y<0 Położenie przedmiotu: x=f Cechy obrazu: - brak; obraz nie powstał. Promienie ani ich przedłużenia nie przetną się, ponieważ są do siebie równoległe. Odległość obrazu:

Położenie przedmiotu: x=2f Położenie przedmiotu: f<x<2f Cechy obrazu: - rzeczywisty - odwrócony - powiększony; p>1 Odległość obrazu: y>2f Położenie przedmiotu: x=2f Cechy obrazu: - rzeczywisty - odwrócony - niepowiększony - rzeczywistych rozmiarów; p=1 Odległość obrazu: y=2f

Położenie przedmiotu: x > 2f Cechy obrazu: - rzeczywisty; utworzony przez przecięcie promieni świetlnych - odwrócony - pomniejszony; p<1 Odległość obrazu: f<y<2f

Soczewka rozpraszająca Cechy obrazu: - zawsze pozorny - zawsze prosty, czyli nieodwrócony - zawsze pomniejszony; p<1 Odległość obrazu: - obraz powstaje zawsze w odległości f<y<0

Dyspersja światła Dyspersja- (rozszczepienie światła) zjawisko polegające na rozdzieleniu światła białego na jego elementy składowe czyli fale świetlne o różnej długości. Dyspersja definiowana jest jako zależność współczynnika załamania ośrodka od długości fali, przez co możliwe jest rozszczepienie światła białego na wszystkie barwy tęczy, na skutek różnej długości fal ulegających załamaniu np. w pryzmacie.

Rozszczepienie światła w powietrzu zaobserwowane dzięki zdjęciu aparatem cyfrowym

Dyfrakcja Dyfrakcja to inaczej „uginanie się fal”, polega na zmianie kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu.

Gdy fala świetlna dochodzi do szczeliny, każdy jej punkt staje się źródłem nowej fali kulistej. ( Zgodnie z zasadą Huygensa ). Przeszkoda na drodze światła o rozmiarach porównywalnych z długością fali tego światła staje się sama źródłem światła.

Siatka Dyfrakcyjna Siatka dyfrakcyjna to układ równoległych i równo oddalonych od siebie szczelin, przepuszczających światło. Na ekranie, po drugiej stronie siatki, otrzymujemy obraz dyfrakcyjny w postaci jasnych i ciemnych prążków. Prążki uzyskane przy użyciu siatki dyfrakcyjnej są znacznie wyraźniejsze niż prążki uzyskane przy dyfrakcji na dwóch szczelinach. Dzięki temu siatka umożliwia dokładny pomiar długości fali świetlnej.

Doświadczenie Younga Jest to doświadczenie, dzięki któremu Thomas Young udowodnił falową teorię światła. Do zaciemnionego pokoju Thomas Young wpuścił przez mały otworek wąską wiązkę światła słonecznego. Rozdzielił ją na dwie części wstawiając w jej bieg kartkę papieru. Obie wiązki padały na ekran nakładając się na siebie. W wyniku powstał obraz w postaci jasnych i ciemnych prążków.

Thomas Young tłumaczył ugięcie światła jako efekt interferencji między falami światła przechodzącymi przez otwór uginający, a falami odbitymi od brzegów otworu. Interferencję światła odkrył w maju 1801 roku, czym zapoczątkował falową teorię światła. Szczegółowy opis tego zjawiska wydał w roku 1807.

interferencja Jest to zjawisko nakładania się fal pochodzących z wielu źródeł. Interferencja zachodzi dla wszystkich rodzajów fal, we wszystkich ośrodkach, w których mogą rozchodzić się dane fale. Zjawisko to potwierdza falową naturę światła.

Powstawanie obrazu interferencyjnego można zaobserwować tylko wtedy, gdy nakładające się, czyli interferujące, fale są spójne, tzn. mają jednakową długość fali λ i stałą różnicę faz.

Powstawanie jasnych i ciemnych prążków na ekranie Jasny prążek powstaje wtedy, gdy różnica dróg |BC| po których światło dochodzi z obu szczelin do danego punktu ekranu równa jest całkowitej wielokrotności długości fali. Następuje wtedy wzmocnienie analogiczne jak dla fal w wodzie. Gdy drogi te różnią się o pół długości fali (lub nieparzystą wielokrotność połowy długości fali) następuje wygaszenie, co odpowiada ciemnemu prążkowi na ekranie. Tak więc położenie na ekranie jasnych prążków i kąt alfa, zależy od długości fali.

superpozycja W ośrodkach liniowych fale ulegając interferencji spełniają zasadę superpozycji, która mówi, że pole (siła) pochodzące od kilku źródeł jest wektorową sumą pól ( sił ), jakie wytwarza każde z tych źródeł. Superpozycja fal to innymi słowy sumowanie się kilku niezależnych ruchów falowych.

Dla małych amplitud fal ( małych natężeń fali) prawdziwa jest zasada superpozycji mówiąca, że fala wypadkowa będąca wynikiem jednoczesnego nałożenia się kilku ruchów falowych jest sumą fal składowych.

Zjawiska optyczne występujące w atmosferze

Zjawisko Halo To zjawiska optyczne w atmosferze, tworzące w pobliżu tarczy Słońca lub Księżyca łuki i smugi oraz barwne pierścienie.

Święcące pierścienie wokół Słońca lub Księżyca, są od strony wewnętrznej z reguły czerwone, od strony zewnętrznej zaś mają fioletowy brzeg.

Czasami można zaobserwować białe słupy świetlne przebiegające pionowo powyżej lub poniżej tarczy Słońca lub Księżyca.

Zjawiska halo wykazują bogactwo form.

Zjawisko powstaje w wyniku załamania i odbicia światła w kryształach lodu, z których zwykle składają się górne warstwy chmur. Halo może być obserwowane o każdej porze roku. Zjawisko to jest generowane przez chmury wysokie, które zwykle poprzedzają front ciepły. Wskazuje to na możliwość wystąpienia opadów w ciągu najbliższych 24 - 48 godzin.

Załamanie światła słonecznego przechodzącego przez kryształ lodu wykazuje promień kątowy równy 22° i 46°, dlatego też również pierścienie tworzące się wokół Słońca lub Księżyca maja promień 22° lub 46° („małe” i „duże” halo).

Widmo Brockenu Jest to rzadkie zjawisko optyczne spotykane w górach, polegające na zaobserwowaniu własnego cienia na chmurze znajdującej się poniżej obserwatora.

Słup świetlny - jest to ciągła lub przerywana biała, pionowa smuga światła, przechodząca przez Słońce lub Księżyc i obserwowane powyżej i poniżej tych ciał niebieskich.

Słońce poboczne Jest ono jasną plamą światła, powstającą zazwyczaj na przecięciu halo 22-stopniowego oraz kręgu parhelicznego. Występuje często po obu stronach słońca.

Prawie pozioma linia, to krąg parheliczny; widać także halo i słońce poboczne

Zielony Płomień Zjawisko polega na tym, że górna krawędź zachodzącego lub wschodzącego Słońca przez moment błyszczy na zielono-niebiesko.

Warunkiem zaobserwowania tego zjawiska jest nieskazitelnie czyste i nieruchome powietrze, a także zasięg widzenia nie ograniczony niczym, aż do granicy wyznaczonej przez krzywiznę Ziemi.

Zjawisko to polega na ugięciu promieni słonecznych w atmosferze Zjawisko to polega na ugięciu promieni słonecznych w atmosferze. Atmosfera ziemska, tak jak pryzmat, rozszczepia białe światło słoneczne na szereg barw. Najmniej rozpraszany jest kolor czerwony ,a najbardziej kolor niebieski i fioletowy. Własność ta jest największa w pobliżu horyzontu, gdyż światło słoneczne pokonuje wówczas dużo grubszą warstwę atmosfery.

Podczas obserwacji zielonego błysku, często zdarza się, że większość tarczy słonecznej znajduje się już pod horyzontem - ponad nim widoczny jest tylko górny brzeg, zabarwiony na zielono.

Promienie czerwono zabarwionego dolnego brzegu Słońca nazywane są często czerwonym błyskiem. Jednak ich obserwacja jest jeszcze trudniejsza - jest możliwa podczas wschodu Słońca lub księżyca, gdy dolny brzeg ich tarczy przemieszcza się ponad horyzont, lub podczas zachodu, jeśli tuż nad linią horyzontu znajdzie się pasmo chmur przysłaniające resztę tarczy Słońca lub Księżyca.

iryzacja Jest to tęczowy układ barw obserwowany na chmurach średniowysokich. Odcienie na chmurach są najczęściej pastelowe, zielone i różowe. Zachodzi ona, gdy krople tworzące chmurę nie mają jednakowych rozmiarów - kolor danego fragmentu chmury zależy od rozmiaru tworzących ją kropel.

Tęcza Aby zaobserwować zjawisko tęczy trzeba stać tyłem do Słońca. Powietrze nad naszymi głowami wypełnione jest miliardami kropel wody. I tam właśnie rodzi się tęcza. Jej barwy zachowują zawsze ten sam układ: na zewnątrz czerwony, wewnątrz fiolet.

Od czasu do czasu widoczna jest też druga tęcza, świecąca nieco słabiej niż pierwsza, w której barwy ułożone są odwrotnie, czyli na zewnątrz fioletowa, a od środka czerwona. Kąt załamania promienia przy przejściu przez kroplę wody zależy od długości fali. Każda kropla działa jak maleńki pryzmat: rozszczepia światło na poszczególne barwy, od fioletu do czerwieni.

Część promieni słonecznych przy przejściu przez kroplę odbija się od jej wewnętrznej powierzchni raz (wtedy tworzy się tęcza pierwotna, czyli pojedyncza), inne – dwa razy. Wychodzą one z kropli pod kątem 51 stopni, a więc o dziewięć stopni większym niż kąt wyjścia promieni składających się na tęczę pierwotną.

Wtórna tęcza, która tworzy się podczas gdy promienie słoneczne przechodzące przez krople odbijają się od jej wewnętrznej powierzchni dwa razy, jest słabsza i dużo  mniej wyraźna, bo przy każdym odbiciu część światła rozprasza się. O szerokości łuku tęczy i intensywności barw decyduje wielkość kropel wody.

Na niebie powstają także trzecia i czwarta tęcza, (które są bardzo mało widoczne). Powstają po przeciwnej stronie nieba, niż dwie pierwsze.

Poświata ziemi Odbijanie światła słonecznego od naszej planety nie jest stałe i osłabło niemal o 2.5% w porównaniu z wynikami pomiarów sprzed pięciu lat. Stwierdzono też duży wpływ fal oceanicznych na poświatę. Wielkie grzywacze odbijają około 15 TW mocy światła (0.03 W/m2) - to już jest wpływ na klimat porównywalny z efektem cieplarnianym!

Irradjacja Jest to pozorne powiększenie rozmiarów ciał jasno świecących. Przykładowo podczas zachodu Słońca wydaje nam się, że horyzont "ugina się" pod nim lub rozżarzona spirala żarówki wydaje się nam grubsza niż ta sama spirala w stanie chłodnym. Przyczyny : dyfrakcja światła oraz podrażnienie zakończeń nerwowych na siatkówce.

WIENIEC W znajdujących się przed tarczą Słońca lub Księżyca cienkich chmurach, zbudowanych z drobnych, kropelek wody obserwuje się wieńce. Wieńce te występują również we mgle dookoła sztucznych źródeł światła. Wieńce wywołane są ugięciem światła przez bardzo drobne kropelki chmurowe, które tworzą jakby siatkę dyfrakcyjną.

Ognie św. Elma Mniej lub bardziej ciągłe o słabym lub umiarkowanym natężeniu, świecące wyładowania elektryczne w powietrze z wysoko wzniesionych przedmiotów na powierzchni ziemi (piorunochrony, wiatromierze, maszty statków itp.) albo ze statków powietrznych będących w locie (końce skrzydeł śmigła itp.).

Gloria Powstaje dookoła punktu, położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała niebieskiego. Zjawisko to występuje na chmurach, położonych na wprost przed obserwatorem, albo niżej od niego, tj. w górach lub przy obserwacjach z samolotu. Na te same chmury pada cień obserwatora i wówczas wydaje się, że gloria otacza cień jego głowy. Gloria powstaje wskutek ugięcia się światła, uprzednio odbitego od kropelek chmur, tak że powraca ono od chmur w tym samym kierunku, w jakim na nie padało.

MIRAŻ (FATAMORGANA) Jest to zjawisko optyczne występujące w atmosferze, polegające na tworzeniu się pozornych obrazów będących odbiciem przedmiotów znajdujących się na horyzoncie lub poza nim. Miraż powstaje jako skutek zakrzywienia się promieni słonecznych w dolnych warstwach powietrza, cechujących się różną gęstością.