Fy - Úvod od optiky - Odraz a lom světla

Patří k nejstarším oborům fyziky, zkoumá podstatu světla, jevy vznikající při šíření světla prostředím a jeho působení na látky.

17. století – mikroskop a dalekohled

dnes: optoelektronika, laser, holograf, digitální fotoaparát.

Světlo = elektromagnetické vlnění, na které je citlivý lidský zrak.

Vlnová délka lambda λ 390nm- 790nm

Rychlost světla ve vakuu je c = 300 000 km s^-1 = 3 x 10⁸ m s^-1

C – největší rychlost, které leze dosáhnout

Ve vzduchu je rychlost podobná jako ve vakuu, v každém jiném prostředí je menší.

Přehled záření podle vlnové dálky:

1) radiové vlny (dlouhé, střední, krátké, VKV) 30 km – 30 %nano m

2) mikrovlny

3) infračervené záření = šíří se dobře v zakaleném prostředí

zahřátá tělesa = zdroj, dalekohled, meteo snímky

4) viditelné světlo 390 – 790 nanometrů

5) ultrafialové záření

6) RTG

měkké (lékařství) 10 nanometrů až trichometry

tvrdé (průmysl) *1895, 1901 Nobelovka

7) gama záření = zdroj radioaktivní přeměny v jádrech

Zdroje světla

přírodní = světluška, Slunce, mořský ďas, bažina

uměla

šíření světla je ovlivněno prostředím

Šíření světla

světelné zdroje = tělesa, která vyzařují světlo

optické prostředí = prostředí, kterým se světlo šíří

Rozdělení :

1. průhledné = nedochází v něm k rozptylu světla (čiré, barevné sklo)

2. průsvitné = světlo prostředím prochází, ale zčásti se v něm rozptyluje (matné sklo, mléčné žárovky)

3. neprůhledné = světlo se v něm silně pohlcuje nebo se na povrchu odráží (klasické zrcadlo, CD)

a) prostředí opticky stejnorodé (homogenní)= takové optické prostředí, které má kdekoliv ve svém objemu stejné optické vlastnosti

b) prostředí opticky izotropní = rychlost šíření světla v daném prostředí nezávisí na směru (sklo)

c) prostředí opticky anizotropní = rychlost šíření světla závisí na směru šíření (např. křemen – dvojlom)

Způsob šíření světla v prostředí

světlo se ze světelného zdroje šíří ve vlnoplochách

velká vzdálenost → zdání rovinné plochy

Slunce (AU = střední vzdálenost Země – Slunce, 150 mil. km, astronom. jednotka)

proces šíření vysvětluje Huygensův princip:

Směr šíření světla ve stejnorodém optickém prostředí udávají přímky kolmé na vlnoplochu, které se nazývají světelné paprsky. Ve stejnorodém optickém prostředí se světlo šíří přímočaře.

Zákon přímočarého šíření světla

Ve stejnorodém optickém prostředí se světlo šíří přímočaře v rovnoběžných, rozbíhavých nebo sbíhavých svazcích světelných paprsků. Jestliže se tyto paprsky navzájem protínají, neovlivňují se a postupují prostředím nezávisle jeden na druhém. (= princip nezávislosti chodu světelných paprsků = při odrazu nebo lomu e paprsky navzájem protínají, ale neovlivňují)

Popis šíření světla:

a) vlnoplochou

kulová → v blízkosti bodového zdorje

rovinná → ve velké vzdálenosti

b) paprskem → přímka kolmá na vlnoplochu

bodový zdroj světla = zanedbatelně velký

Odraz a lom světla

řídí se stejnými zákony, jaké byly odvozeny pro mechanické vlnění pomocí Huygensova principu

k odrazu a lomu světelných paprsků dochází tehdy, jestliže světelný paprsek dopadá na rozhraní dvou prostředí s odlišnými optickými vlastnostmi

A) Odraz světla

POJMY: úhel dopadu α, kolmice dopadu k, rovina dopadu, úhel odrazu α ́

Zákon odrazu světla:

Velikost úhlu odrazu α ́ se rovná velikosti úhlu dopadu α : α ́ =α

odražený paprsek leží v rovině dopadu

úhel odrazu nezávisí na frekvenci světla

B) Lom světla

POJMY: úhel dopadu α, úhel lomu β, kolmice dopadu, index lomu

index lomu = veličina charakterizující rozhraní optických prostředí

prostředí opticky řidší = prostředí o menším indexu lomu

prostředí opticky hustší = prostředí o větším indexu lomu

rozlišujeme :

a) lom ke kolmici (v2 < v1)( β < α ) = světlo přechází z prostředí opticky řidšího do prostředí opticky hustšího n1n2 

b) lom od kolmice (v2 > v1)( β > α ) = světlo přechází z prostředí opticky hustšího do prostředí opticky řidšího n1n2 

platí zákon o záměnnosti chodu paprsků (obecný zákon paprskové optiky) = dopadající a odražený paprsek lze zaměnit

Snellův zákon lomu:

 

= n