1.

Prezentacja na temat: "1."— Zapis prezentacji:

1 1

2 DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: ZST im. Leona Kruczkowskiego w Jastrowiu ID grupy: 97/4_mf_g1 Kompetencja: Matematyczno-fizyczna Temat projektowy: Zjawiska optyczne (świetlne) w atmosferze Semestr/rok szkolny: 2009/2010 2

3 Spis treści Wprowadzenie do optyki i wzory związane z nią.
Zjawiska optyczne Zjawiska optyczne zachodzące w atmosferze i ich powstawanie Pomiary prędkości światła Soczewki Układy SI Doświadczenia związane z optyką Bibliografia

4 Optyka Optyka - to dział fizyki zajmujący się badaniem natury światła, prawami opisującymi jego emisję, zachowanie się, oddziaływanie z materią oraz pochłanianie przez materię. Optyka wprowadziła specyficzne metody pierwotne, przeznaczone do badania światła widzialnego, stosowane obecnie także do badania rozchodzenia się innych zakresów promieniowania elektromagnetycznego – podczerwieni i ultrafioletu, zwane światłem niewidzialnym

5 Najważniejsze zagadnienia i wzory
Równanie soczewki Zależność odległości przedmiotu i obrazu od soczewki określa zależność zwaną równaniem soczewki. Wprowadzamy oznaczenia: x - odległość przedmiotu od soczewki y - odległość obrazu przedmiotu od soczewki f - ogniskowa soczewki (odległość ogniska od środka soczewki) Wtedy równanie soczewki wyrazi się wzorem: 5

6 Bezwzględny współczynnik załamania światła
Bezwzględny współczynnik załamania światła określa wzór: v - prędkość światła w danym ośrodku c - prędkość światła w próżni (c = m/s) n - bezwzględny współczynnik załamania Przykład: Prędkość światła w szkle wynosi ok. 2/3 prędkości światła w próżni. Współczynnik załamania szkła wynosi więc 3/2 - 1,5.

7 Względny współczynnik załamania światła
Mając bezwzględne współczynniki załamania ośrodka z którego pada światło i ośrodka do którego załamuje się światło, można obliczyć względny współczynnik załamania n1 - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 1 (z którego wychodzi światło) n2 - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 2 (do którego przechodzi światło) n12 - współczynnik załamania (względny) ośrodka 2 względem ośrodka 1 Względny współczynnik załamania wskazuje na to jak bardzo światło zmieni swój kierunek podczas przechodzenia z jednego ośrodka do innego. Inaczej mówiąc -  przy dużym względnym współczynniku załamania, światło będzie się silniej załamywać.

8 Gęstość optyczna Z dwóch ośrodków ten nazywamy gęstszym optycznie,
który ma większy współczynnik załamania mniejszą prędkość rozchodzenia się światła Przykład: Szkło - o współczynniku załamania światła równym 1,5 ma większą gęstość optyczną niż woda o bezwzględnym współczynniku załamania wynoszącym ok. 1,33.

9 Najważniejsze wzory i zagadnienia
Światło może być postrzegane jako strumień cząstek – fotonów, lub też jako fala elektromagnetyczna. Ta dwoista natura jest określana mianem dualizmu korpuskularno – falowego. Światło rozchodzi się w próżni z prędkością: c = km/s Światło jako fala elektromagnetyczna zawiera długości fali z zakresu od 380nm do 770nm. Najmniejszą długość fali stanowi barwa czerwona a największą barwa fioletowa. Foton - kwant energii, cząstka bezmasowa będąca składnikiem światła.

10 Zasada Huygensa - gdy światło natrafi na jakąś przeszkodę,
lub szczelinę której wielkość będzie większa od jego długości fali, to każdy punkt takiej szczeliny, lub przeszkody staje się źródłem nowej fali elektromagnetycznej. Dyfrakcja - jest to ugięcie się fali w przypadku gdy trafia ona na jakąś przeszkodę lub szczelinę. W skutek dyfrakcji powstaje nowe fale, które interferują ze sobą. Ośrodek optyczny - jest to taki ośrodek w którym możliwe Jest rozchodzenie się światła. Ośrodek optyczny jednorodny - jest to taki ośrodek którego wszelkie właściwości fizyczne i chemiczne są stałe dla całej jego objętości.

11 Prawo odbicia - promień padający na granicę dwóch
ośrodków zostaje odbity w tej samej płaszczyźnie, w jakiej padał. Kąt padania jest równy kątowi odbicia. Kąt padania - jest to kąt pomiędzy prostą prostopadłą do powierzchni a promieniem padającym. Kąt odbicia - jest to kąt pomiędzy prostą prostopadłą do powierzchni a promieniem odbitym Prawo załamania - kąt padania  i kąt  załamania promienia światła przy przejściu przez granicę dwóch ośrodków spełniają następującą zależność n1 sin a = n2 sin b

12 Współczynnik załamania ośrodka - jest to stosunek
prędkości światła w próżni do prędkości światła w danym ośrodku: n = c/v Rozproszenie światła - spowodowanie, że równoległe padające promienie świetlne zostaną w ten sposób załamane lub odbite, że już nie będą one równoległe. Zjawisko rozpraszania światła zachodzi np. na powierzchniach chropowatych. Obraz pozorny jest to obraz jaki powstaje w wyniku przedłużenia rozproszonych na soczewce lub zwierciadle promieni świetlnych. Jest to obraz jakiego nie można uzyskać na ekranie. Powstają np. w przypadku użycia zwierciadeł płaskich (lustro), wtedy to też są rozmiaru przedmiotu, proste i symetryczne.

13 Obraz rzeczywisty - jest to obraz jaki powstaje w wyniku
przecięcia się promieni świetlnych, załamanych na soczewce skupiającej, lub odbitych od zwierciadła kulistego wklęsłego. Ognisko - jest to taki punkt w którym zbiegają się wszystkie promienie świetlne, (lub ich przedłużenia) załamane przez soczewkę lub odbite od zwierciadła sferycznego. Ogniskowa - jest to odległość ogniska od środka soczewki. Dla zwierciadła sferycznego jest ona w przybliżeniu równa: f ~ 2r, gdzie r to promień krzywizny zwierciadła.

14 Powiększenie obrazu - jest to stosunek wysokości obrazu
otrzymanego h1 do wysokości przedmiotu h2: P = h1/h2 Zwierciadło - to gładka powierzchnia pokryta luz wykonana z materiału prawie całkowicie odbijającego padające światło. Zwierciadło sferyczne wypukłe - jest to zwierciadło o powierzchni kulistej, w którym zewnętrzna jego powierzchni odbija światło. Promienie świetlne odbite od takiego zwierciadła zostają rozproszone, jednak ich przedłużenia przecinają się w tzw. ognisku pozornym. Zwierciadło sferyczne wklęsłe - jest to zwierciadło o powierzchni kulistej, w którym wewnętrzna jego powierzchnia odbija padające światło. Promienie odbite od takiego zwierciadła zostają skupione w jego ognisku.

15 Pryzmat - jest to bryła szkła - graniastosłup o trójkątnej
podstawie, której specjalna budowa umożliwia rozszczepienie światła na barwy składowe. Kąt łamiący pryzmatu - jest to kąt pomiędzy powierzchniami pryzmatu na które pada światło i z niego wychodzi Zasada działania pryzmatu - na skutek podwójnego załamania się światła na powierzchni pryzmatu dochodzi do rozszczepienie się światła na składowe barwy. Efekt ten jest związany z zależnością współczynnika załamania od długości padającej fali. Barwa czerwona załamuje się w najmniejszym stopniu (jest najmniej odchylona), a barwa fioletowa w największym (jest najbardziej odchylona). Płytka równoległościenna - jest to przezroczysta płytka umożliwiająca równoległe przesunięcie padającej wiązki światła. Wielkość przesunięcia zależy od jej grubości, współczynnika załamania, a także od kąta padania wiązki.

16 Zjawiska optyczne Wstęp
Zjawiska optyczne – są efektem szczególnej natury promieniowania widzialnego oraz składu i właściwości atmosfery. Nawet najpiękniejsze podlegają prostym prawom fizyki. Zjawiska te pojawiają się jako białe światło, choć w rzeczywistości są mieszaniną promieni o różnych długościach fal i odpowiadających im barw. 16

17 Podstawowe wiadomości związane z zjawiskami optycznymi
Odbicie fali – jest to zmiana kierunku rozchodzenia się fali na granicę dwóch ośrodków np. powietrze i woda, 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. Waza odbita w lustrze

18 Legenda P – promień padający O – promień odbity Linia normalna - prostopadła do płaszczyzny granicy ośrodków w miejscu padania promienia świetlnego Definicje Kąt padania - kąt między promieniem padającym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni) Kąt odbicia - kąt między promieniem odbitym a normalną do powierzchni (osią prostopadłą do powierzchni)

19 Prawo odbicia 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. Załamanie fali – zwana również refrakcją, to zmiana kierunku rozchodzenia się fali związana ze zmianą jej prędkości, gdy przechodzi do innego ośrodka. Inna prędkość powoduje zmianę długości fali, a częstotliwość pozostaje stała.

20 Legenda A – ośrodek A B – ośrodek B P – promień fali podążający do punktu S S - punkt załamujący promień Z – promień fali podążający po załamaniu w innym kierunku θP – kąt padania θZ – kąt załamania Objaśnienie Promień P pochodzący z Ośrodka A w punkcie S załamuje się na granicy ośrodków i podąża jako promień Z w Ośrodku B. Kąt padania oraz kąt załamania określa się między odpowiednim promieniem, a prostopadłą do granicy ośrodków w punkcie padania S.

21 Zjawiska optyczne zachodzące w atmosferze i ich powstawanie
Gloria Definicja - jest zjawiskiem optycznym polegającym na wystąpieniu barwnych pierścieni wokół cienia obserwatora widocznego na tle chmur lub mgły, przy czym niebieski pierścień ma mniejszą średnicę od czerwonego. Występowanie - gloria występuje 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.

22 Powstawanie – to zjawisko powstaje na wskutek dyfrakcji – inaczej nazywając to ugięciem fal - i odbicia światła na kroplach wody. Podobna do wieńca, ale gloria nie powstaje dookoła Słońca lub Księżyca, lecz dookoła punktu położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała niebieskiego. !!Uwaga!! Jeśli chmura lub mgła są dość blisko obserwatora, jego cień wydaje się bardzo duży; nazywa się to wówczas zjawiskiem Brockenu, niezależnie od tego czy jest otoczony, czy też nie jest otoczony barwną glorią

23 Gloria widziana z samolotu Gloria widziana we mgle
Zdjęcia Gloria widziana z samolotu Gloria widziana we mgle

24 Słup słoneczny Definicja – słup słoneczny zwany również świetlnym jest zjawiskiem optycznym w atmosferze polegającym na ukazaniu się kolumny świetlnej. Występowanie i powstawanie – jeśli powstanie to najłatwiej jest go zaobserwować tuż przed wschodem Słońca lub tuż po jego zachodzie. Przybiera wtedy formę świetlnej kolumny, na ogół zabarwionej czerwonawo, przemieszczającej się wraz z ruchem Słońca pod horyzontem. Gdy Słońce jest ponad horyzontem często mogą towarzyszyć mu także parhelia.

25 Zdjęcia

26 Halo Definicja – grupa skomplikowanych zjawisk optycznych w atmosferze, uwarunkowanych załamaniem i odbiciem światła w kryształach lodu, z których zwykle składają się górne warstwy chmur. Występowanie – halo występuje o każdej porze roku, ponieważ zjawisko to jest generowane przez chmury wysokie, które zwykle poprzedzają front ciepły. Powstawanie – najczęściej halo występuje w postaci pierścieni wokół Słońca lub Księżyca o średnicy kątowej około 22°(to halo nazywa się wtedy „halo 22°”). Halo 22° jest generowane przez załamanie promieni w opadających kryształkach lodu losowo ułożonych w płaszczyźnie prostopadłej do padających promieni świetlnych.

27 Z halo mogą również wystąpić inne zjawiska związane z rozpraszaniem światła na kryształach lodu, podobne do halo: Numer Symbol Opis 1 halo 22° (małe halo) krąg na niebie o promieniu kątowym 22° 2 słońce poboczne (parhelion) jasne obszary na przecięciu kręgu parhelicznego i halo 3 słup słoneczny (świetlny) pionowy słup powyżej i poniżej słońca 4 krąg parheliczny poziomy krąg przechodzący przez słońce 5 łuk okołozenitalny tęczowy łuk ponad słońcem wokół zenitu 6 łuk styczny i halo opisane łuki na zewnątrz halo z boku i na górze 7 halo 46° (wielkie halo) koło o promieniu 46° 8 podsłońce jasne miejsce poniżej horyzontu

28 Zdjęcia

29 Iryzacja Definicja i powstawanie – iryzacja jest zjawiskiem optycznym polegającym na powstawaniu tęczowych barw w wyniku interferencji światła białego odbitego od ciał przezroczystych lub półprzezroczystych. Występowanie – zjawisko to występuje m.in. na na powierzchni minerałów, macicy perłowej, plamach cieczy, bańkach mydlanych a czasem w atmosferze – na chmurach. Iryzacja może zostać wywołana sztucznie – jest wtedy wykorzystywana do produkcji iryzowanych wyrobów ceramicznych i szklanych.

30 Iryzacja występująca na plamie benzyny Zjawisko iryzacji na płycie CD
Zdjęcia Iryzacja występująca na plamie benzyny Zjawisko iryzacji na płycie CD

31 Miraż Definicja – zwana również fatamorganą, jest zjawiskiem pozornego powstania obrazu odległego przedmiotu w wyniku załamania światła w warstwach powietrza o różnej temperaturze, a co za tym idzie – gęstości. Miraż dzieli się na miraż górny (powstający w wyniku załamania się warstw powietrza) i miraż dolny (pojawiający się w wyniku silnego nagrzania dużej powierzchni podłoża np. asfaltu) Występowanie – fatamorgana pojawia się i jest najefektowniejsza w Cieśninie Mesyńskiej, ale też występuje w Polsce, w takich miejscach jak Pustynia Błędowska i na Wyżynie Śląskiej.

32 Miraż dolny na drodze powstały w wyniku upałów
Zdjęcia Miraż dolny na drodze powstały w wyniku upałów Fatamorgana w Egipcie

33 Tęcza Definicja – jest zjawiskiem optycznym, jak i meteorologicznym, występujący w postaci wielobarwnego łuku. Tęcza jest widoczna, gdy Słońce oświetla krople wody w ziemskiej atmosferze. Powstawanie – tęcza powstaje w wyniku rozszczepienia światła załamującego się i odbijającego się wewnątrz kropli wody o kształcie zbliżonym do kulistego. Kolory tęczy powstają, kiedy światło słoneczne przenika przez kropelki deszczu, woda rozprasza światło białe na składowe o różnych długościach fal z

34 Zdjęcia

35 Widmo Brockenu Definicja – jest jednym z rzadkich zjawisk optycznych, obserwowanych w górach. To zjawisko polega na zaobserwowaniu własnego cienia na chmurze znajdującej się poniżej obserwatora. Może się zdarzyć, że cień obserwatora będzie otoczony tęczową obwódką, czyli glorią. Występowanie – mamidło górskie można najczęściej zaobserwować w wyższych górach w warunkach, gdy obserwator znajduje się na linii pomiędzy Słońcem a chmurą, która położona poniżej obserwatora odgrywa rolę ekranu. To zjawisko obserwowane w górach daje również efekt pozornego powiększenia cienia obserwatora.

36 Zdjęcia

37 Wieniec Definicja – jest to jedna lub kilka (rzadko więcej niż trzy) serii barw pierścieni o stosunkowo małym promieniu, otaczających bezpośrednio tarczę ciała niebieskiego (lub sztucznego źródła światła). Powstawanie – wieńce wywołane są ugięciem światła w znajdujących się przed tarczą Słońca lub Księżyca cienkich chmurach, zbudowanych z drobnych, jednorodnych kropelek wody, zazwyczaj są to chmury średnie kłębiaste - Cirrocumulus, Altocumulus i Stratocumulus.

38 Zdjęcia

39 Pomiar prędkości światła
Zakres materiału ,którym uczeń powinien zrozumieć po wykonaniu tego doświadczenia Podstawowe wiadomości o fali elektromagnetycznej: czym jest, jakie wektory opisują pola z nią związane; zależności pomiędzy częstością, okresem, długością i prędkością fali : dlaczego światło rozchodząc się w ośrodku materialnym ma mniejszą prędkość niż w próżni; współczynnik załamania dla fali świetlnej. Elementarne wiadomości o działaniu diody świecącej; co pobudza ją do świecenia i w jaki sposób najprościej modulować natężenie emitowanego po przez nią światła. Podstawowe wiadomości o działaniu oscyloskopu; w jaki sposób na ekranie oscyloskopu kreślone są świecące linie, rola układów odchylania poziomego i pionowego; na czym polega tryb pracy XY oscyloskopu. Najprostszy przypadek figur Lissajous; sumowanie prostopadłych wektorów podlegających oscylacjom o tym sam okresie ale przesuniętych w fazie o 0,90, 180 stopni ( 0, π/2, π radianów ) 39

40 Metoda pomiaru Generator wytwarzający sygnał elektryczny o częstotliwości około 50 MHz moduluje prąd zasilający diodę elektroluminescencyjną (LED). Dlatego wysyła ona światło, którego natężenie zmienia się właśnie z taką częstotliwością. Wiązka światła przebiega pewien odcinek w powietrzu i oświetla detektor, który zmiany jej natężenia przetwarza na sygnał elektryczny o tej samej częstotliwości (50 MHz). Sygnał modulujący świecenie diody LED i sygnał z fotodetektora podawane są na wejścia X i Y oscyloskopu. Metodą figur Lissajous porównywane są fazy sygnału modulującego świecenie diody LED i sygnału z fotodetektora. Obserwując zachowanie (kształt i orientacja) figury Lissajous na ekranie oscyloskopu można stwierdzić, że przy wydłużaniu drogi przebytej przez światło opóźnienie sygnału z detektora względem sygnału modulującego świecenie osiąga w pewnym momencie To oznacza, że przebycie tej wydłużonej drogi trwało połowę okresu modulacji, który dla 50 MHz wynosi 2×10-8sek. Mierząc odpowiednią odległość i znając czas jej pokonania można prosto obliczyć prędkość fali świetlnej w powietrzu c. 40

41 Układ pomiarów Układ pomiarowy przedstawiają Fot.1. i Rys.1.
Jego zasadnicza część, zwana dalej przyrządem pomiarowym, zawiera w sobie: diodę LED jako źródło światła generator sinusoidalnego sygnału modulującego świecenie (częstotliwość MHz) fotodiodę jako detektor światła powracającego generator dodatkowego sygnału elektrycznego o częstotliwości MHz dwa mieszacze (heterodyny). Mieszacze połączone są z generatorem sygnału MHz oraz dodatkowo, jeden z generatorem zasilającym diodę LED a drugi z fotodetektorem. Sygnały wyjściowe z mieszaczy mają częstotliwości zredukowane do 50 KHz, ale zachowują różnicę faz jaka występuje dla prądów diody świecącej i fotodiody. Uwaga! Funkcje przyrządu pomiarowego, traktowanego jako „czarna skrzynka”, czyli bez wnikania co dzieje się w środku, można określić następująco: wysyła strumień światła o natężeniu zmieniającym się z częstotliwością 50 MHz zamienia powracającą falę świetlną na sygnał elektryczny o tej samej częstotliwości na wyjściach oznaczonych jako X i Y daje napięcia odpowiadające sygnałowi modulującemu świecenie diody LED i sygnałowi z fotodetektora, po tysiąckrotnym zredukowaniu ich częstotliwości (do 50 KHz), przy zachowaniu różnicy faz. 41

42 Zdjęcie układu pomiarowego.
Oscyloskop Przeźroczysty blok Zwierciadło Soczewki Rura z wodą Przyrząd pomiarowy Zdjęcie układu pomiarowego. Pozostałe elementy układu pomiarowego to: Oscyloskop Soczewki ogniskujące Dzielone zwierciadło Blok z tworzywa sztucznego i rura z wodą (do pomiaru współczynnika załamania w ciele stałym i cieczy) 42

43 Pomiary Czynności wstępne:
Soczewki ogniskujące ustawiamy w odległości kilku centymetrów od przyrządu pomiarowego (patrz Fot.1) a zwierciadło w punkcie 0 skali. Początkowo oscyloskop może pracować w trybie dwukanałowym (sygnały z diody LED i fotodiody pokazywane są na ekranie jednocześnie i niezależnie od siebie). Regulujemy dokładnie pozycję soczewek i pochylenie płaszczyzn zwierciadła tak by sygnał z fotodiody był jak największy. Wzmocnienie w obydwu kanałach dobieramy tak by oba sygnały miały zbliżone amplitudy. Po przełączeniu oscyloskopu na tryb XY i pojawieniu się na ekranie figury Lissajous w postaci elipsy, używając pokrętła przesuwnika fazy (działa on tylko na jeden z sygnałów) uzyskujemy linię. Uwaga! Dla sprawdzenia poprawności ustawienia soczewek i kątów nachylenia zwierciadeł odsuwamy zwierciadła w okolice końca skali i sprawdzamy, co widać na ekranie przy zwiększaniu wzmocnienia kanału Y. Jeśli nawet dla największych wartości wzmocnienia na ekranie widać prawie horyzontalną linię, to znaczy, że soczewki i zwierciadła wymagają dalszej regulacji. W takim przypadku proponuje się przeprowadzić ustawienie elementów przy maksymalnym odsunięciu zwierciadeł. Można pomóc sobie niedużą, białą kartką do sprawdzania oświetlenia zwierciadeł, soczewki przed fotodetektorem i otworu detektora 43

44 1. Wyznaczanie prędkości światła w powietrzu:
Odsuwamy zwierciadło wzdłuż skali aż do uzyskania linii nachylonej w stronę przeciwną (obraz na ekranie przechodzi w tym czasie przez różne stadia elipsy) i zapisujemy położenie zwierciadła. W trakcie odsuwania należy stopniowo zwiększać wzmocnienie kanału, do którego doprowadzony jest sygnał z fotodiody, ponieważ jej oświetlenie bardzo słabnie. Powtarzamy 10 razy. Rys.1. Schemat układu do pomiaru prędkości światła w powietrzu oraz elementów przyrządu pomiarowego. 44

45 Wyznaczenie współczynnika załamanie dla światła
W tor wiązki światła wstawiamy przezroczysty blok z tworzywa lub rurę z wodą. Zwierciadło umieszczamy tuż za wstawionym elementem, regulujemy ustawienie płaszczyzn zwierciadła i soczewek (te ciągle pozostają blisko przyrządu pomiarowego). Dobieramy wzmocnienia kanałów i położenie pokrętła przesuwnika fazy tak by figura Lissajous była linią. Zapisujemy położenie zwierciadła. Wyjmujemy dodatkowy element z toru wiązki, co zamienia linię w elipsę. Odsuwamy zwierciadło wzdłuż skali aż znów uzyskamy linię nachyloną w tę samą stronę co poprzednio (kąt nachylenia będzie inny). Powtarzamy 10 razy. 45

46 Rys.2. Schemat pokazuje odległości wyznaczane przy pomiarze współczynnika załamania w ciele stałym lub w cieczy.

47 Uwagi ogólne Przy próbie uzyskania linii, czy to przez obracanie pokrętła przesuwnika fazy, czy przy przesuwaniu zwierciadła istnieje pewien zakres, dla którego prosta na ekranie nie zmienia się, mimo małych zmian fazy sygnałów. Efekt ten (związany z szerokością linii rysowanej na ekranie oscyloskopu) może mieć wpływ na dokładność pomiaru, co można oszacować. Obliczanie prędkości światła w powietrzu Chcąc znaleźć prędkość światła w powietrzu zwiększamy drogę wiązki światła w powietrzu o Co daje zmianę fazy o 180 stopni. Oznacza to, że światło potrzebuje na przebycie tej dodatkowej drogi czas równy połowie okresu modulacji sygnału: , - gdzie częstotliwość modulacji f = 50.1 MHz. Prędkość światła w powietrzu obliczamy więc dzieląc drogę przez czas w jakim światło ją przebiega: 47

48 Obliczanie współczynnika załamania światła dla wody lub ciała stałego
Prędkość światła w wodzie lub w bloku ciała stałego cM mierzy się przez porównanie z prędkością światła w powietrzu c. W pierwszym pomiarze (z wodą lub przezroczystym blokiem umieszczonym w torze wiązki) światło przebywa odległość l1 w czasie t1:

49 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 powuerzchni roboczych jest zakrzywiona - jest wycinkiem sfery, innej obrotowej krzywej stożkowej jak parabola, hiperbola lub elipsa, albo walca. ( ilustracja – dwa połączone) 49

50 Typy soczewek - Soczewka sferyczna jest najczęściej spotykanym typem soczewki, której przynajmniej jedna powierzchnia jest wycinkiem sfery. Każda z powierzchni takiej soczewki może być wypukła, wklęsła lub płaska i stąd mówi się o soczewkach dwuwypukłych, płasko-wklęsłych czy dwuwklęsłych Równanie soczewki: Oznaczenia: Y - odległość obrazu od środka soczewki; X - odległość przedmiotu od środka soczewki; f - ogniskowa soczewki

51 D - zdolność skupiająca soczewek; f - ogniskowa soczewki;
   Zdolność skupiająca soczewek - jest to odwrotność ogniskowej Wzór:    D - zdolność skupiająca soczewek; f - ogniskowa soczewki; nS(O) - bezwzględny współczynnik załamania soczewki (otoczenia); r1, r2 - promienie krzywizn soczewki (dla soczewki płaskowklęsłej lub płaskowypukłej jeden z promieni = Y)

52

53 Układy SI Jednostki miary w układzie Si 53

54

55 Camera Obscura Potrzebne: • karton (najlepiej po butach),
• kawałek kalki technicznej, • kawałek papieru z bloku technicznego, • szpilka, pinezka, dobrze zaostrzony ołówek. 55

56 Przygotowanie: • w przedniej ścianie kartonu wyciąć duży prostokątny otwór • otwór zakleić kalką techniczną przy pomocy taśmy dwustronnej - to będzie ekran kamery • po przeciwnej stronie otworu wyciąć w kartonie koło o średnicy około 2 cm • z papieru technicznego wyciąć małe kwadraty o boku około 4 cm i zrobić w każdym nich mały otwór: szpilką, pinezką i ołówkiem (musi być dobrze zaostrzony) – to będą „obiektywy” kamery • wyciąć z kalki technicznej mały prostokąt i namalować na nim rysunek jaki będzie obserwowany przy pomocy kamery (w trakcie zajęć „największym powodzeniem” cieszyły się: serce, litera A i V) • zaciemnić pomieszczenie

57

58 Prezentacja: • nakleić na lampę obiekt, jaki będzie obserwowany • za pomocą taśmy klejącej przykleić jeden z „obiektywów” w miejscu gdzie znajduje się otwór o średnicy 2 cm (najlepiej rozpocząć od najmniejszego) • wziąć w ręce kamerę wykierować ją na lampę • obserwować obraz na ekranie i zobaczyć jak się on zmienia w zależności od obiektywu jaki zastosujemy

59 Wyjaśnienie: Otwór w kamerze pełni rolę „soczewki”, dzięki której możemy zobaczyć obraz obiektu znajdującego się przed kamerą. Jeśli średnica dziurki jest dostatecznie mała, wówczas otwór może być traktowany jako pojedynczy punkt, z którego wydobywają się promienie świetlne. Gdy zwiększymy wielkość otworu na ekran pada więcej światła i – kosztem głębi ostrości – robi się on jaśniejszy. Tak jak wynika z obserwacji, przedmiot na ekranie jest najwyraźniejszy wówczas, gdy użyjemy obiektywu z otworem o najmniejszej średnicy, natomiast najjaśniejszy i mniej wyraźny, kiedy zastosujemy duży otwór.

60 Jak zbadać kąt padania i odbicia
Potrzebne: • karton (najlepiej po butach), • lusterko płaskie, prostokątne, (może być także szkiełko laboratoryjne z doświadzenia 1.6), • biała kartka A4, • kątomierz, • cyrkiel.

61 Przygotowanie: • w kartonie wyciąć wąską podłużną szczelinę o wys. 10 cm i szer. 2 mm • na dnie kartonu dopasować i położyć kartkę A4 • umieścić wewnątrz lusterko (szkiełko) i zaznaczyć na kartce powierzchnię od której będzie się odbijało światło ze szczeliny Prezentacja: • podświetlić lampą szczelinę i skierować promień za szczeliną na lusterko • zaznaczyć ołówkiem na kartce drogę i miejsce padania promienia padającego i odbitego • wyciągnąć kartkę papieru i narysować za pomocą cyrkla

62 prostą prostopadłą do powierzchni lustra w miejscu padania promienia świetlnego (rysunek)
• sprawdzić za pomocą kątomierza wartość kątów pod jakimi padał i odbił się promień świetlny

63 Wyjaśnienie: Jeden z podstawowych postulatów w optyce głosi, że kąt pod jakim pada promień na powierzchnię równy jest kątowi odbitemu. Patrząc na szybę, lustro, czy nawet odbijając piłkę od ściany bądźmy pewni, że kąt padania jest równy kątowi odbicia! Niezwykła rzecz! Uwaga! - tak jak zaznaczono na rysunku kątem padania i odbicia, nazywamy kąty pomiędzy prostą prostopadłą do powierzchni, a promieniami: padającym i odbitym.

64 Soczewka ze szklanki wody
Potrzebne: • karton (najlepiej po butach) – można wykorzystać karton w dośw. 1.2, • szkalnka o cienkich ściankach (może być tzw. „literatka”), • biała kartka A4, • lampa, pisak, • sól, • cynamon lub pieprz mielony. Przygotowanie: • w kartonie wyciąć dwie wąskie podłużne szczeliny o wys. 10 cm i szer. 2 mm w odległości około 1,5 - 2,5 cm • na dno kartonu dopasować i położyć kartkę A4 • umieścić wewnątrz szklankę wypełnioną wodą

65 Prezentacja: • podświetlić lampą szczeliny i skierować promienie wewnątrz kartonu na szklankę (uwaga! Promienie muszą być równoległe i możliwie jak najwęższe) • promienie padające na szklankę wewnątrz ulegają ugięciu – podobnie jak w soczewce • zaznaczyć na kartce punkt za szklanką, w którym promienie przecięły się – ten punkt nazywamy ogniskiem • nie zmieniając położenia lampy i szklanki, do wody „w soczewce” wsypać sól i dokładnie mieszać aż uzyskamy jednorodny roztwór • zaznaczyć na kartce ognisko kiedy w szklance znajduje się roztwór wody z solą • na zakończenie wymienić wodę w szklance na czystą i wsypać do niej niewielką ilość cynamonu. • zwrócić uwagę na promienie załamane w szklance, które powinny być widoczne w wodzie z cynamonem (rozpraszanie światła na drobinach cynamonu)

66

67 Wyjaśnienie: Eksperyment ze szklanką pokazuje, jak działają soczewki skupiające. Promień padający na granicę dwóch ośrodków (szklanka z wodą – powietrze) częściowo się odbija, a częściowo wnika i załamuje się wewnątrz szklanki. Po przejściu przez badaną „soczewkę”, promień świetlny znów się załamuje na granicy szklanka z wodą – powietrze. W przypadku dwóch równoległych promieni padających na szklankę – promienie wychodzące przetną się w jednym punkcie, nazywanym ogniskiem, a odległość pomiędzy soczewką, a ogniskiem – ogniskową. Zmieniając ośrodek wypełniający badaną soczewkę na taki, który ma inny współczynnik załamania (woda z solą), możemy przekonać się, że ognisko takiego układu będzie w innym miejscu. Cynamon lub pieprz wsypany do wody powoduje, że widzimy jak biegną promienie wewnątrz szklanki. W czystej wodzie, gdy światło jest jednorodnie rozpraszane, promieni nie widać. Cząsteczki cynamonu rozpraszając światło niejednorodnie zdradzają także bieg promieni w szklance.

68 Teleskop Potrzebne: • karton (najlepiej po butach) – można wykorzystać karton w dośw. 1.3, • dwie szkalnki o cienkich ściankach, • biała kartka A4, • lampa, • pisak. Przygotowanie: • w kartonie wyciąć dwie wąskie podłużne szczeliny o wys. 10 cm i szer. 2 mm w odległości około 1,5 - 2,5 cm • na dno kartonu dopasować i położyć kartkę A4 • umieścić wewnątrz szklanki wypełnione wodą

69 Prezentacja: • podświetlić lampą szczeliny i skierować promienie wewnątrz kartonu na pierwszą szklankę (uwaga! Promienie muszą być równoległe i rozchodzić się w możliwie jak najbliżej siebie) • promienie padające na pierwszą szklankę wewnątrz ulegają ugięciu – podobnie jak w soczewce (patrz: doświadczenie 1.3) • zaznaczyć na kartce punkt za szklanką, w którym promienie przecięły się. • Drugą szklankę, także wypełnioną wodą, ustawić tak, aby zaobserwować dwa równoległe promienie wychodzące z układu dwóch soczewek (szklanek)

70

71 Bibliografia pl.wikipedia.org ściąga.pl eszkola.pl chmury.pl
Storm Dunlop, Pogoda – Przewodnik ilustrowany Robert Greenler – Tęcze, glorie i halo – czyli niezwykłe zjawiska optyczne w atmosferze fiznet.terramail.pl

72 72