SVĚTLO A JEHO ŠÍŘENÍ

2. února 2013 VY_32_INOVACE_170219_Svetlo_a_jeho_sireni_DUM

Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Miroslava Víchová.Obchodní akademie a Střední odborná škola logistická, Opava, příspěvková organizace.

Materiál byl vytvořen v rámci projektu OP VK 1.5 – EU peníze středním školám,registrační číslo CZ.1.07/1.5.00/34.0809.

1. Šíření světla

2. Odraz a lom světla

4. Interference

3. Rozklad světla

Šíření světla je ovlivněno prostředím, kterým světlo prochází.

Nastávají případy:

• průchod světla beze změny• nastává u čirého prostředí (sklo, voda)

• absorpce světla• projde jen světlo určitých vlnových délek a jiné vlnové délky jsou pohlceny (barevná skla, filtry)

• rozptyl světla (disperze)• mění se směr šíření (matné prostředí)

• odraz světla• světlo prostředím neprochází, odráží se (zrcadlo)

Šíření světla

dále

Obr.1

Rychlost šíření světla• v prostředí se šíří světlo menší rychlostí než ve vakuu

Index lomu

c – rychlost světla ve vakuuv – rychlost světla v prostředí

Index lomu udává, kolikrát je rychlost světla v prostředí menší než rychlost světla ve vakuu (kladné číslo, > 1, nemá jednotku).

Příklady indexů lomů:voda – 1,33sklo – 1,5 – 1,9

Šíření světla

dále

vcn

tabulka indexů lomu

Od zdroje se šíří světlo v kulových vlnoplochách. Ve velké vzdálenosti od zdroje lze považovat kulové plochy za rovinné. Světelný paprsek je přímka kolmá na vlnoplochu.

Optická prostředí:

• látky, kterými světlo prochází

• průhledné optické prostředí• nedochází k rozptylu světla• může být čiré nebo barevné• skrz něj je vidět

Šíření světla

dále

Obr.2

• průsvitné optické prostředí• světlo se šíří prostředím, ale z části se rozptyluje (mléčné sklo, voda s

mlékem)• toto prostředí lze prosvítit

• neprůhledné optické prostředí• světlo se v něm silně pohlcuje, nebo na povrchu odráží

Dělení prostředí z hlediska optických vlastností• homogenní (stejnorodé)

• prostředí má v celém objemu stejné vlastnosti• izotropní

• vlastnosti prostředí jsou nezávislé na směru šíření světla (sklo, voda)

Šíření světla

dále

• anizotropní• vlastnosti světla jsou závislé na změně šíření světla• prostředí má v různých směrech různé optické vlastnosti (některé typy

krystalů)

V opticky homogenním prostředí se světlo šíří přímočaře a jednotlivé paprsky postupují nezávisle jeden na druhém.

Šíření světla

další kapitolazpět na obsah

Obr.3

Na rozhraní dvou prostředí dochází k odrazu nebo lomu dopadajících paprsků.

Odraz (reflexe)

Zákon odrazu

Odraz a lom světla

dále

Velikost úhlu dopadu α se rovná velikosti úhlu odrazu α´. Úhel odrazu nezávisí na frekvenci dopadajícího světla a nemění se rychlost šíření světla po dopadu (nemění se ani index lomu).

Při kolmém dopadu se odráží paprsek po stejné komici zpět. Platí: α = α´ = 0

RozptylNa nerovném povrchu se světlo rozptyluje (např. na vodní hladině).

Využití odrazu

• zrcadla• periskopy

Odraz a lom světla

dále

Obr.5

Obr.4

Lom světla

• paprsek dopadá na rozhraní dvou prostředí a postupuje do druhého prostředí pod jiným úhlem – „láme se“ (změní se směr paprsku)

• změní se také rychlost šíření• principy lomu paprsků popisuje Snellův zákon, pojmenovaný podle

nizozemského matematika

Snellův zákon lze napsat:

Poměr sinu úhlu dopadu a sinu úhlu lomu se rovná podílu rychlosti šíření světla v obou prostředích.

Odraz a lom světla

dále

)nn(

vv

sinsin

1

2

2

1

2

1

Při šíření světla z prostředí opticky řidšího do prostředí opticky hustšího se paprsky lámou směrem ke kolmici.

α > βv1 > v2

Odraz a lom světla

dále

Obr.6

α < βv1 < v2

Úplný odraz světla• paprsek se šíří z prostředí opticky hustšího do prostředí opticky řidšího• při tzv. mezním úhlu αm je úhel β = 90°• při tomto mezním úhlu ještě nastane lom, ale při větším úhlu nastává

totální odraz• pro rozhraní sklo – vzduch je αm = 42°

Odraz a lom světla

dále

Při šíření světla z prostředí opticky hustšího do prostředí opticky řidšího se paprsky lámou od kolmice.

Odraz a lom světla

Obr.7

dále

Využití:• refraktometry – přístroje, které měří index lomu látky• vlnovody, které se používají v optoelektronice a sdělovací technice

(základem je skleněné vlákno, v kterém se světlo úplně odráží)• světlovod • diamant – zjištění pravosti

Odraz a lom světla

Obr.9Obr.8

Lom světla na encyklopedii

fyziky

další kapitolazpět na obsah

Rozklad světla (disperze)• při dopadu bílého světla na rozhraní dochází k rozkladu světla na barevné

složky

• disperzi objevil na skleněném hranolu Isaac Newton

Rozklad světla

dále

Obr.10

Jevy spojené s odrazem, lomem nebo disperzí světlafata morgána• vzniká např. v poušti v důsledku nerovnoměrného ohřevu vzduchu nad

zemí• na rozhraní vrstev vzduchu dochází k úplnému odrazu světla a vytváří se

obraz jako v dutém zrcadle

duha• vzniká v atmosféře rozkladem světla na kapičkách vody

Rozklad světla

dále

barva oblohy• modrá barva je dána zemskou atmosférou a vzniká rozptylem

slunečního světla na molekulách vzduchu• nejvíce se rozptyluje barva fialová a modrá• lidské oko není na fialovou barvu příliš citlivé, a proto vidíme modrou• bělavou barvu oblohy způsobuje znečištění (prach, krystalky ledu,…)

Rozklad světla

další kapitolazpět na obsah

Optické úkazy v atmosféře – Astro.cz

• je skládání dvou nebo více vlnění• u vlnění, které mají stejnou vlnovou délku respektive frekvenci, je

interference nejvýraznější• mezi vlnami musí být fázový rozdíl• lze ji pozorovat nejsnáze mezi koherentními vlnami (to jsou vlny, jejichž

fázový rozdíl se s časem nemění)• dochází k zesílení nebo zeslabení vlnění

Pozn.: Obrázek ukazuje interferenci na slabé vrstvě oleje na vodě.

Interference

dále

Obr.11

Interference při odrazu světla na CD

Interference u vlnění vznikajících ze dvou bodů

Interference

dále

Obr.12

Obr.13

Využití interference• při kontrole opracování čoček, optických

hranolů

• při výrobě protiodrazových (antireflexních) vrstev (aby nevznikaly odrazy světla např. u objektivů, dalekohledů, brýlí)

• v holografii – metoda záznamu trojrozměrného záznamu, tvoří se hologramy vzácných předmětů nebo se ukládají data

Interference

dále

Obr.14

Interference

koneczpět na obsah

Obr.15

Co dokáže světlo - YouTube

POUŽITÁ LITERATURA

ŠTOLL, Ivan. Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU. Praha: Prometheus, 2003. ISBN 80-7196-223-6

CITACE ZDROJŮ

Obr. 1 HOGERVORST, Gerard. Soubor:Spiegel.jpg: Wikimedia Commons [online]. 6 October 2004 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c9/Spiegel.jpg

Obr. 2 OIMEL. Soubor:Bleikristall nachtmann karaffen.jpg: Wikimedia Commons [online]. 23 July 2008 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c1/Bleikristall_nachtmann_karaffen.jpg

Obr. 3 PAJS. Soubor:Princip vzajemne nezavislosti paprsku.svg: Wikimedia Commons [online]. 20 July 2007 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/ff/Princip_vzajemne_nezavislosti_paprsku.svg

Obr. 4 REIS, Marcelo. File:Difracao.svg: Wikimedia Commons [online]. 27 September 2005 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6e/Difracao.svg

Obr. 5 SCHIRM, Christian. File:Periscope simple.svg: Wikimedia Commons [online]. 19 January 2006 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/68/Periscope_simple.svg

Obr. 6 JX. Soubor:Snelluv zakon.svg: Wikimedia Commons [online]. 5 January 2007 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6c/Snelluv_zakon.svg

CITACE ZDROJŮ

Obr. 7 JOSELL7. File:RefractionReflextion.svg: Wikimedia Commons [online]. 27 September 2012 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5d/RefractionReflextion.svg

Obr. 8 ALEXANDROV, Oleg. File:Snells law wavefronts.gif: Wikimedia Commons [online]. 1 January 2008 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dc/Snells_law_wavefronts.gif

Obr. 9 KÜHN, Stefan. File:Sonnenrohr.svg: Wikimedia Commons [online]. 22 May 2007 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bf/Sonnenrohr.svg

Obr. 10 KALKI. File:Light dispersion conceptual waves.gif: Wikimedia Commons [online]. 6 April 2010 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f5/Light_dispersion_conceptual_waves.gif

Obr. 11 JOHN. File:Dieselrainbow.jpg [x]: Wikimedia Commons [online]. 16 March 2007 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/06/Dieselrainbow.jpg

Obr. 12 QWERTZ987654321. File:Interferenz bei der Lichtreflexion an einer CD.jpg: Wikimedia Commons [online]. 27 July 2012 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/Interferenz_bei_der_Lichtreflexion_an_einer_CD.jpg

CITACE ZDROJŮ

Obr. 13 OLEG ALEXANDROV. File:Two sources interference.gif: Wikimedia Commons [online]. 13 January 2008 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2c/Two_sources_interference.gif

Obr. 14 HEIKE LÖCHEL. File:Hologram.jpg: Wikimedia Commons [online]. 21 March 2007 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/39/Hologram.jpg Obr. 15 GEORG-JOHANN LAY. File:Holo-Mouse.jpg: Wikimedia Commons [online]. 5 March 2008 [cit. 2013-02-02]. Dostupné pod licencí Creative Commons z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c6/Holo-Mouse.jpg

Pro vytvoření DUM byl použit Microsoft PowerPoint 2010.

Děkuji za pozornost.

Miroslava Víchová