Fy - Na Zkoušení 2

3. kontrakce délek: pro měření délky pohybující se tyče je nutné současné určení poloh koncových bodů. Současnost je ale relativní pojem, proto i délka předmětu je relativní, závisí na volbě vztažné soustavy. Pohybující se tyč se pozorovateli v klidu jeví zkrácená.

(Pokud by raketa byla koule, jeví se nám jako elipsoid.

K … soustava, která je vůči nám v klidu → délka tyči se jeví zkrácená

K' … soustava, která se vůči nám pohybuje velkou rychlostí → se jeví v klidu

l = l0 pod odmocninou 1 - v na 2 / c na 2 konec odmocniny

l0 … klidová délka

l … délka pohybující se tyče

Fy - Na Zkoušení

Osnova zkoušení z fyziky:

1. interference

2. polarizace světla

3. fotometrické veličiny

4. spektra látek

5. dualismus částic

6. teorie relativity

1. interference

Interference je jev, potvrzující vlnovou povahu světla. Vzniká skládáním dvou nebo více světelných vlnění. Nelze ji v životě přímo pozorovat. Příčinou interference světla je, že jednotlivé atomy svítících těles jsou vlastními světelnými zdroji světelných vln a vysílají vlny různých frekvencí po velmi krátkou dobu (10 na mínus 8 sekundy). Interferenční obrazec se díky tomu neustále mění.

Interference je pozorovatelná pouze tehdy, jeli vlnění koherentní. Koherentní vlnění mají stejnou frekvenci a jejich fázový rozdíl se v uvažovaném bodě prostoru s časem nemění.

Znázorňujeme pomocí laseru, to jest monofrekvenční zdroj světla.

Důkaz se provádí pomocí Youngova pokusu, jinak také známého jako dvouštěrbinový experiment. Máme dvě plochy. V první je štěrbina a z ní se světlo šíří v kulových vlnoplochách. V druhé ploše jsou dvě štěrbiny a z nich se opět šíří světlo z každé zvlášť v kulových vlnoplochách. Na stínítku (třetí ploše v prostoru) poté vzniká interferenční obrazec pomocí nerovnoměrného osvětlení. Interferenční obrazec, neboli interferogram, vypadá jako střídání světlých a tmavých pruhů. Tmavý pruh je v místě interferenčního minima. Světlý pruh je v místě interferenčního maxima.

Interferenční maximum vzniká v místech, kde se koherentní světelná vlnění setkávají se stejnou fází. Vyjadřuje ho rovnice: delta l = k krát lambda, kdy k se rovná 0, 1, 2 atd.

Interferenční minimum vzniká v místech, kde se koherentní světelná vlnění setkávají s opačnou fází. Vyjadřuje ho rovnice: delta l = (2k – 1) krát (lambda lomeno 2).

Využití v interferometrii, holografii, na tenkých vrstvách. Vysvětluje duhové zabarvení olejových skvrn nebo CD.

Interference na tenké vrstvě vzniká, když paprsek dopadající na tenkou vrstvu se částečně odráží a částečně láme do druhého prostředí. Výsledek interference závisí na celkovém dráhovém rozdílu (delta s) mezi odraženými paprsky. Tento typ interference závisí především na tloušťce vrstvy (d), na materiálu a na vlnové délce světla, případě i na indexu lomu. Při použití monofrekvenčního světla na se ploše opět objeví světlé a tmavé oblasti. Při použití bílého světla se plocha duhově zabarví. Využití například protiodrazová vrstva u fotoaparátu, kontrole opracování kulových ploch nebo měření vlnové délky. K měření vlnové délky slouží Newtonova skla. Skládají se z ploskovypuklé čočky, tenké vzduchové vrstvy a skleněné desky. Princip spočívá v tom, že tloušťka tenké vzduchové vrstvy se spojitě mění, místa o stejné tloušťce vytvářejí soustředné kružnice o středu v bodě dotyku čočky.

2. polarizace světla

Víme, že světlo je příčné elektromagnetické vlnění, v němž vektor intenzity (E) kmitá v rovině kolmé na směr, kterým se vlnění šíří. U přirozeného světla (slunečního) kmitá vektor intenzity (E) nahodile.

Polarizované světlo je světlo, v němž vektor intenzity (E) kmitá pouze v jedné rovině. Je to světlo lineárně polarizované. Máme čtyři způsoby polarizace: odrazem, lomem, dvojlomem a absorbcí.

Využití v praxi například u fotoelasticimetrie, polarimetrie, LCD displejů, polarizačních filtrů u brýlí nebo fotoaparátů a dalších. Fotoelasticimetrie zkoumá mechanická napětí v různých objektech. Polarimetrie zkoumá opticky aktivní látky. Polaroid je speciální filtr, sloužící k polarizaci světla.

3. fotometrické veličiny

a) svítivost (I) = charakterizuje vlastnosti zdroje světla, jednotka (Cd = candela)

b) světelný tok (velké fí) = charakterizuje přenos světla prostorem, jednotka (Lm = lumen)

c) osvětlení (E) = charakterizuje účinky světla při dopadu na plochu, závisí na obsahu plochy a úhlu dopadu, jednotka (Lx = lux), měří se u fotoaparátů a kamer automaticky, souvisí s luxmetru nebo fotoelektrickým jevem

rovnice osvětlení: E = I krát cos alfa lomeno r na druhou

r je vzdálenost

I je svítivost

cos alfa je úhel dopadu

4. spektra látek

Emisní spektrum je spektrum světla vyzařované látkou. Druhy: čárové, spojité, pásové, absorpční. Čárové je vyzařováno atomy prvků (sodík, neon). Spojité vyzařováno rozžhavenými pevnými látkami (vlákno žárovky). Pásové je vyzařováno molekulami látek a čáry jsou v těsné blízkosti. Absorpční je pohlcované látkou. Například sluneční obsahuje řadu temných čar, které vznikají průchodem atmosférou, kde jsou světla určitých vlnových délek pohlcována.

Užití u spektrální analýzy, která umožňuje určit složení látek v chemii, metalurgii, lékařství či složení hvězd.

5. dualismus částic

Kvantová mechanika je část kvantové fyziky, která se zabývá mechanickým pohybem částic v mikrosvětě pod vlivem působících sil. Na rozdíl od klasické Newtonovy mechaniky bere v úvahu vlnový a pravděpodobnostní charakter pohybu částic. Proto její rovnice a zákony vypadají úplně jinak než zákony klasické fyziky. Přesto by ale měla existovat mezi klasickou fyzikou a kvantovou fyzikou souvislost. A ta skutečně existuje. Budeme-li přecházet od částic k makroskopickým tělesům, budou se vlnové délky de Broglieových vln a Planckova konstanta (h) jevit nekonečně malé a zákony kvantové fyziky by měly přecházet v zákony klasické mechaniky. Tak tomu skutečně je a tento přechod se nazývá princip korespondence.

V roce 1900 se přišlo na to, že energie elektromagnetického záření není vyzařována, ani pohlcována spojitě, ale po určitých kvantech energie a že jejich velikost závisí na frekvenci záření. Z toho vychází rovnice E = h krát f, kdy h je Planckova konstanta (10 na mínu 34 Joul krát sekunda).

Fotony jsou světelná kvanta.

Fotoelektrický jev spočívá v tom, že dopadající záření uvolňuje z látek energii. Fotoelektrický jev či fotoefekt je fyzikální jev, při němž jsou elektrony uvolňovány (vyzařovány, emitovány) z látky (nejčastěji z kovu) v důsledku absorpce elektromagnetického záření (např. rentgenové záření nebo viditelného světla) látkou. Emitované elektrony jsou pak označovány jako fotoelektrony a jejich uvolňování se označuje jako fotoelektrická emise (fotoemise). Existuje vnitřní a vnější fotoelektrický jev. U vnějšího jsou elektrony uvolněny ven. U vnitřního elektrony zůstávají v látce a ovlivňují její vodivost.

Jev nastává, jeli frekvence dopadajícího záření větší než tzv. mezní frekvence daná materiálem.

Vysvětluje v roce 1905 Einstein: „Každý foton odevzdá energii jednomu elektronu, energie se rozdělí na výstupní práci a kinetickou energii elektronu.“

Einsteinova rovnice pro fotoelektrický jev zní: hf = W + E s dolním indexem k

Dualismus částic spočívá v tom, že světlo můžeme brát z hlediska vlnového a z hlediska částicového. Vlnová povaha světla je vidět na interferenci a podobných jevech. Částicová povaha světla souvisí s tím, že světlo je podle ní proud části zvaných fotony.

6. teorie relativity

A) Základní poznatky speciální teorie relativity

Speciální teorie relativity vznikla začátkem 20. století. Studuje jevy, projevující se především při rychlostech blízkých rychlosti světla. Radikálně změnila naše představy a prostoru a čase. Uplatňuje se například u konstrukcí urychlovačů elementárních částic nebo při zkoumání jaderných reakcí.

B) Prostor a čas v KLASICKÉ mechanice

Vznikla v 17. století, zásluhou G. Galileiho (1564-1645) a I. Newtona (1643-1727). Předpokládá, že čas je absolutní, plyne ve všech vztažných soustavách stejně rychle. Dále že současnost událostí a délka předmětů jsou absolutní, tedy neměnné. Hmotnost tělesa je zde stálá a nezávislá na rychlosti, kterou se pohybuje. Dále zde platí zákon skládání rychlostí, kdy sčítáním různých rychlostí, vyjde rychlost výsledná. Součástí klasické fyziky je také mechanický (Galileiho) princip relativity: „Ve všech inerciálních vztažných soustavách platí stejné zákony Newtonovy klasické mechaniky.“

Klasická mechanika odpovídá naší každodenní zkušenosti s fyzikálními jevy.

Inerciální neboli setrvačná soustava je taková soustava, v níž platí Newtonovy pohybové zákony pro volnou částici v nejjednodušším tvaru (pohyb volné částice je rovnoměrný přímočarý).

C) Vznik speciální teorie relativity

Albert Einstein (1879-1955) vynalezl speciální teorii relativity. Ta je založena na dvou principech: princip relativity a princip stálé rychlosti světla.

1. Princip relativity: Ve všech inerciálních vztažných soustavách platí stejné fyzikální zákony.

2. Princip stálé rychlosti světla: Ve všech inerciálních vztažných soustavách má rychlost světla ve vakuu stejnou velikost, nezávisle na vzájemném pohybu světelného zdroje a pozorovatele. Rychlost světla v libovolné inerciální soustavě je ve všech směrech stejná.

D) Důsledky Einsteinových principů

1. relativnost současnosti: dvě nesoumístné události, které jsou současné v jedné soustavě, nejsou současné v jiné.

Příklad: Po přímé vodorovné železniční trati (soustava S) se pohybuje rovnoměrně přímočaře vagón, tj. (soustava) rychlostí, jejíž velikost je srovnatelná s velikostí rychlosti světla. Uprostřed vagónu je signální lampa (zdroj světla Z) a na jeho obou koncích jsou stěny A a B vzdálené od sebe 2 l (délky). V určitém časovém okamžiku signální lampa blikne. Pozorovatel ve vztažné soustavě (tj. ve vagónu) zjistí, že signál dopadne na obě stěny vagónu A a B současně, neboť světlo proběhlo v obou případech stejné vzdálenosti stejnou rychlostí. Dvě nesoumístné události (dopad světla na stěnu A a B) jsou z jeho hlediska současné.

2. dilatace času: hodiny pohybující se vzhledem k pozorovateli jdou pomaleji než hodiny, které jsou vzhledem k tomu to pozorovateli v klidu.

Platí vztah: delta t = delta t s čarou lomeno odmocnina 1 mínus v na druhou lomeno c na druhou konec odmocniny konec zlomku

delta t je doba trvání v první soustavě

delta t s čarou je doba trvání v klidové soustavě

v je rychlost pohybu soustavy

c je rychlost světla

v je menší než c, tudíž delta t je větší než delta t s čarou

Vysvětleno pomocí světelných hodin – myšlenkový model: Dvě rovnoběžná zrcadla mezi kterými se periodicky odráží světelný signál. Čas měříme pomocí vzdálenosti, kterou světlo urazí.

Experimentální ověření pomocí mezonů pí plus a mionů.

V roce 1971 ověřeno v letadle s Celsiovými hodinami.

Čím je větší rychlost, tím objekty nabývají na hmotnosti.

Fy - Zobrazování optickými soustavami (zrcadla, čočky)

B) Zobrazování optickými soustavami

Při optickém zobrazování se využívají již známé jednoduché obecné principy:

1. přímočaré šíření světla

2. zákon odrazu

3. zákon lomu

4. nezávislost chodu světelných paprsků

1. Optické zobrazování

Praxe: pozorování předmětů okem - z každého bodu předmětu, který okem pozorujeme, vycházejí světelné paprsky a vytvářejí rozbíhavý svazek paprsků - v oku se rozbíhavý svazek paprsků mění ve sbíhavý 

 

A ..... předmět, A´..... obraz bodu A

zobrazovací prvky = zařízení, která mění chod světelných paprsků tak, aby zobrazení bylo co nejkvalitnější (čočky, zrcadla, optické hranoly, ...)

zobrazovací (optická) soustava = vhodné uspořádání zobrazovacích prvků (oko, lupa, mikroskop, ...)

Optickými soustavami získáváme 2 druhy obrazů :

1. skutečný (reálný) obraz A´předmětu A = paprsky vystupující z optické soustavy jsou sbíhavé (obraz lze zachytit na stínítku)

obraz Slunce vytvořený lupou na listu papíru

2. zdánlivý (virtuální) obraz A´předmětu A = paprsky vystupující z optické soustavy jsou rozbíhavé (obraz nelze zachytit na stínítku) 

2. Rovinné zrcadlo

jedná se o zobrazení odrazem

obraz vytvořený rovinným zrcadlem je vždy:

zdánlivý (odražené paprsky tvoří rozbíhavý svazek)

vzpřímený

stejně veliký jako předmět

souměrný s předmětem podle roviny zrcadla

a' = |OA'|… vzdálenost obrazu za zrcadlem

a = |OA| … vzdálenost předmětu před zrcadlem

a = a'… zobrazovací rovnice rovinného zrcadla

 

3. Kulové zrcadlo

= je vytvořeno na povrchu části optické kulové plochy

dochází k deformaci obrazu

rozlišujeme:

a) duté zrcadlo

skutečný

zmenšený

převrácený

F … ohnisko dutého zrcadla je bod na o, v němž se rovnoběžné paprsky s optickou osou protínají po odrazu od zrcadla

užití: součást světel, lékařství ORL, stomatologie, solární elektrárny, dalekohled

 

b) vypuklé zrcadlo

zdánlivý

zmenšený

přímý

F … ohnisko vypuklého zrcadla je bod na o, v němž se protínají přímková prodloužení paprsků rovnoběžných s optickou o po odrazu od zrcadla

c … střed křivosti

r … poloměr křivosti

v … vrchol zrcadla, zvolený bod na povrchu, prochází jím optická osa

o … optická osa, prochází c a v

užití: zpětná zrcátka v autech, na křižovatkách

 

f = r/2=|FV| … ohnisková vzdálenost

1/a + 1/a' = 1/f … zobrazovací rovnice kulového zrcadla

3 význačné paprsky:

1) prochází c, odráží se stejným směrem

2) rovnoběžný s o, po odrazu protíná F

3) prochází F, odraz rovnoběžný s o

 

5. Čočky

zobrazení lomem

= čiré optické prostředí omezené dvěma opticky hladkými plochami, určené k optickému zobrazení

1) spojné čočky (spojky) – konvexní (D+)

mění rovnoběžný svazek paprsků ve svazek sbíhavý

uprostřed nejtlustší

a) dvojvypuklá

b) ploskovypuklá

c) dutovypuklá

g) značka spojky

2) rozptylné čočky (rozptylky) – konkávní (D-)

mění rovnoběžný svazek paprsků ve svazek rozbíhavý

uprostřed nejtenčí

d) dvojdutá

e) ploskodutá

f) vypuklodutá

h) značka rozptylky

C1, C2 ... středy optických ploch

r1, r2 ... poloměry křivosti optických ploch

o ... optická osa

V1, V2 ... vrcholy čočky

O ... optický střed čočky

V1 V2 ... tloušťka čočky

|V1V2| = zanedbatelně malá ... tenké čočky

ohnisková rovina = rovina procházející ohniskem kolmá na optickou osu

 1 / f = (n2 / n1 - 1)(1 / r1 + 1 / r2) .... zobrazovací rovnice čoček

 

6. Zobrazení tenkou čočkou

používáme 3 význačné paprsky

1. Paprsek procházející optickým středem čočky se neláme

2. Paprsek dopadající rovnoběžně s optickou osou na čočku se láme do ohniska F´

3. Paprsek procházející bodem F se láme rovnoběžně s optickou osou 

1_Fy. § OPTIKA od Jiřího

21.10-10 OPTIKA

- Optika patří k nejstarším oborům fyziky,
- zkoumá podstatu světla, jevy vznikající při šíření světla prostředím a jeho působením na látky.
- V 17. století vyroben mikroskop a dalekohled.
V současnosti : laser, holografie, optoelektronika, digitální fotoaparát, atd.
Světlo = elektromagnetické vlnění na které je citlivý lidský zrak.
- Vlnová délka Lambda =300 až 790 nanometrů
(300 - fialová ; 790 červená )
- Rychlost světla ve vakuu c = 300 000 km/s či 3×108 m/s
- Rychlost světla ve vakuu je fyz. konstanta, proto má na rozdíl od běžné rychlosti céčko.
- Je to údajně největší rychlost které lze dosáhnout.
- Ve vzduchu je rychlost přibližně stejná jako ve vakuu, v každém jiném prostředí je údajně menší.
- ona hodnota je malinko zaokrouhlena, nejpřesnějš hodnota je z roku 1974 :
přesně hodnota c=299 792 458 m/s

_
29.9-10 Šíření světla -

- je ovlivněno prostředím. Např. sklo může být : čiré, barevné, matné nebo zrcadlo.
- Optická prostředí : a) průhledné - nedochází k rozptylu světla
b) průsvitné - světlo prostředím prochází ale částečně se rozptyluje
c) neprůhledné - světlo je pohlcováno nebo odráženo

Dělení prostředí z hlediska optiky :
a) izotropní - rychlost světla ve všech směrech stejná
b) anizotropní - rychlost závisí na směru - např. křemen

Popis šíření světla -

Snellův zákon - Snellův zákon patří k základním zákonům popisujícím šíření vlnění, které přechází (tzv. lomem) z jednoho prostředí do jiného prostředí.
Je důležitou součástí geometrické optiky, kde popisuje lom paprsku světla a obecněji elektromagnetického záření na rovinném rozhraní.Nese jméno jednoho z objevitelů, holandského matematika Willebrorda van Snella (1.p Willebrord Snellius)
-Odkaz : http://cs.wikipedia.org/wiki/Snell%C5%AFv_z%C3%A1kon#Formulace_z.C3.A1kona

Šíření světla se popisuje buď paprsky nebo vlnoplochami.
a) Paprsky - přímka kolmá na vlnoplochu, vystihují směr šíření světla, paprsky jdou do všech stran.
b) vlnoplocha - je a.) kulová (v blízkosti zdroje) či b.)rovinná -ve velké vzdálenosti).

Vlnoplocha dle wiki: čelo dopadající rovinné vlny ,
je představováno úsečkou AB, čelo lomené vlny je představováno úsečkou CD. Pro poměr sinů úhlu dopadu α1 a lomu α2 platí podle tohoto obrázku -> BOHUŽEL OBRÁZEK SEM HÁZET NEBUDU
vztah : BOHUŽEL VZTAH BYL KVŮLI ZLOMKŮM ZAPSÁN V OBRÁZKU, KTERÝŽTO JSEM -Z DŮVODU MÉ LENOSTI- HÁZETI NEHODLÁM

, kde
kde ... označuje délku úsečky, v1 a v2 jsou fázové rychlosti vlnění v prostředí 1 a 2, v1t je vzdálenost, kterou vlnění urazí v prostředí 1 za čas t a v2t je vzdálenost, kterou vlnění urazí za čas t v prostředí 2, n1 a n2 jsou absolutní indexy lomu v prostředí 1 a 2 a n21 je relativní index lomu.Úhel α2 se nazývá úhel lomu. Rovina určená kolmicí dopadu a lomeným paprskem se nazývá
rovina lomu.
- Podle Huygensova principu splývá rovina lomu s rovinou dopadu.
- Slovní formulace Snellova zákonu :
Poměr sinů úhlu dopadu a lomu je pro určitá dvě prostředí stálý a rovný poměru velikosti rychlosti vlnění v jednotlivých prostředích.

Kružnice je množina bodů v rovině které mají stejnou vzdálenost
Kulová plocha je množina bodů v prostoru které mají stejnou vzdálenost


Princip nezávislosti chodu světelných paprsků -
- při odrazu nebo lomu se paprsky navzájem protínají ale neovlivňují.

Zákon odrazu -
Velikost úhlu odrazu se rovná velikosti úhlu dopadu.
Odražený paprsek leží v rovině dopadu.
Paprsky různých barev se odrážejí stejně
_
7.10-10

Zákon lomu -
- Pokud si označíme jako alfa úhel dopadu, a jako beta úhel lomu, tak je..
vzorec: zl. sin alfa / sin beta = zl. v1 / v2
- Pokud je rychlost v jednom prostředí menší musí být i úhel menší.

když v1 menší než v2, tak beta je menší než alfa = nastává lom ke kolmici
když v2 větší než v1, tak beta je větší než alfa = nastává lom od kolmice

Absolutní index lomu - ozn, malé n - určuje kolikrát je menší rychlost světla v prostředí než ve vakuu.
- tento index se určil protože se museli popisovat indexy konkrétních dvojic (kupř.voda-sklo)
- pro vakuum n = 1, pro jiné prostředí n= > 1 !

Úplný odraz světla -
- úplný odraz světla vzniká pokud úhel lomu = 90°(paprsek kopíruje rozhraní dvou prostředí)

- pokud je úhel dopadu větší, úhel lomu je >90° -to nastává při přechodu z prostředí opticky hustšího do řidšího, je-li úhel dopadu větší než tzv. mezní úhel.
_
15.10-10
Disperze světla -
= rozklad světla na jednotlivé barevné složky při přechodu z jednoho prostředí do druhého.
- Je důsledkem závislosti rychlosti světla (v látkách) na frekvenci !
- Důsledkem disperze je spektrum. Pokud spektrum vytvoříme pomocí hranolů je to tzv. hranolové spektrum.
- ! S rostoucí frekvencí se rychlost světla zmenšuje, proto se fialové světlo více odchyluje od původního směru než červené.
- Po jednom lomu je disperze nevýrazná. Proto se používá vícenásobný lom, např. pomocí hranolu.
- Užití: ve spektrální analýze - tz. rozbor spekter různých látek.

Monofrekvenční/monochromatické světlo = světlo o jedné barvě. Při něm k disperzi světla nemůže dojít, protože frekvence je stejná.
_
20.10-10 Geometrická optika

- Vlnová povaha světla je zanedbána.
- Základní 4 principy paprskové optiky :
přímočaré šíření světla
zákon odrazu
zákon lomu
nezávislost chodu světelných paprsků

Optická soustava = uspořádání optických prostředí (čočky, zrcadla, hranoly a různé jejich kombinace), které mění směr chodu paprsků.
- Svazek paprsků vycházející z optické soustavy je :
a) sbíhavý - vytváří skutečný či reálný obraz
b) rozbíhavý - vytváří zdánlivý (či virtuální) obraz. Virtuální obraz získáme ve zpětném prodloužení paprsků. (obraz v zrcadle je jen zdálivý! Takže paráda)

(Příklady optických zobrazovacích soustav : lupa, brýle, dalekohled, mikroskop, fotoaparát, )

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

Fy - Přenos el. proudu - Přenos elmag. vlnění

Přenos elektrického proudu

vysoké napětí = 22 kV → 110, 220, 400 kV

elektrárna → transformátor → přenos → transformátor → odběr

zásuvka

fáze = vlevo

nulák

zamění = kolík

trojvodič = 3 dráty

hnědý = fáze

zelenožlutý = nulák

modrý = zemění

ochrana = pojistka – přepálení drátku v písku

jističe

baterie

tužková (+ nahoře, - dole)

žárovka (+ výstupek, - závit)

Výroba elektrické energie

tepelné, jaderné, solární, vodní, větrné

a) vodní elektrárna = turbína + elektromagnet (10%)

říční: přečerpávací (na Vltavě: Slapy, Orlík, Lipno), průtokové

přílivové + odlivové + příbojové

Kaplanova turbína = natáčivé lopakty, přizpůsobivá

Francisova turbína

Peltonova turbína

3 soutězky = největší vodní elektrárna světa

b) tepelné elektrárny = spalování uhlí → teplo → vodu v páru → turbína → hřídelí k alternátoru → kondenzátor → chlazení vody, kt. se vrací zpět

(Mostecko, Sokolovsko)

c) jaderné elektrárny = štěpení uranu (článkovité tyče) → princip tepelné elektrárny

d) solární elektrárny

panely (polovodiče) – prostorově finančně náročné

zrcadla – (Pyreneje), paraboloid → ohřev vody

e) větrné elektrárny (severní Evropa, Boží Dar, Jeseníky)

Přenos elektromagnetické vlnění

f = 50 Hz

e = 300 000 Km/s

vysoká frekvence = kmitající atom

elmag. dipól

intenzita E je kolmá na indukci B podle sinusové fce tvoří el. vlnu

ve vakuu se šíří stejně jako rychlost světla

odráží se, difrakce

vliv prostředí na rychlost vlny

odráží se od ionosféry (60 – 80 km)

zdroj lemag. vlnění = oscilátor vysoké frekvence (atom)

rychlost šíření ve vakuu

elmag. vlnu tvoří 2 navzájem neoddělitelné složky, kt. jsou na sebe kolmé

odraz, ohyb vlnění (difrakce)