Optika - odraz a lom svetla

optika

= Náuka o svetle, skúma jeho podstatu, zákonitosti a javy, ktoré vznikajú jeho šírením.

optika:

• vlnová: potvrdzuje vlnovej vlastnosti svetla
• lúčové: spočíva v zákone lomu a odrazu, priamočiare šírenie svetla, optické sústavy: šošovky, zrkadlá, optické prístroje
• kvantová: zaoberá sa vlnovými a časticovými vlastnosťami svetla (napr. fotoelektrický jav)

• svetlo = časť elektromagnetického vlnenia, na ktoré je citlivé ľudské oko
  • interval vlnových dĺžok, na ktoré je citlivé ľudské oko: 390nm - 770 nm (1nm = 10 ^-9 m) - vlnová dĺžka lambda -λ (pri šírení vo vákuu)

fialová červená, tab. 169

frekvencia

f = v / λ - v tab. pod fázová rýchlosť vlnenia
v ... rýchlosť svetla (c pre vákuum)
c ... rýchlosti svetla vo vákuu = 3 * 10 ⁸ m / s = 300 000 km / s (tab. vzadu)

Farba svetla

• svetlo o rôznych frekvenciách vnímame ako farby [obor: Wikipedia]

(Fialová, modrá, zelená, žltá, oranžová., Červená)
550N - najlepšie zaregistrovatelná

• fialová farba má najmenší λ, ale najväčší n (index lomu)

Infračervené žiarenie (IR - infrared)

• pomocou IR žiarenia sa šíri teplo žiarením (povrch Zeme je zahrievaný slnečným žiarením). Každé teleso o teplote vyššej, než 0 K. **** - vyvolané pohybom molekúl (vnútornou energiou - závisí od teploty)

  **- diaľkové ovládače (okolité svetlo neruší signál), preniká hmlou i tmou - infravize (okuliare, kamery) ** - infražiariče (slúži na vykurovanie)

** **

** **

ultrafialové žiarenie

Zdrojom - telesa zahriata na veľmi vysokú teplotu - Slnko (hviezdy), ortuťové výbojky (horské slnko), elektrický oblúk (zváranie)

vlastnosti

• spôsobuje v menších dávkach zhnednutie kože a produkciu vitamínu D, vo vyšších dávkach rakovinu kože
  - ako prirodzená ochrana proti UV žiareniu slúžia ozónová vrstva (súčasťou stratosféry, veľmi tenká; ozón O ₃ sa rozkladá, keď sa dostane do kontaktu s freóny), UV okuliare
  • pri dopade na určité látky sa mení na viditeľné svetlo Þ ochranné prvky bankoviek
    - vyvoláva luminiscenciu, pohlcované obyčajným sklom

šírenia svetla: svetlo sa šíri priamočiaro v homogénnom optickom prostredí, šíri sa v rovnobežných, rozbíhavých alebo zbiehavých zväzkoch svetelných lúčov.

zdroj svetla

• prirodzený: slnko, oheň, hviezdy ** **
• umelé: žiarovka, žiarivka, výbojka, laser
• chromatické: zložené zo svetla viac vlnových dĺžok, napr. biele svetlo (zložené zo siedmich farieb)
• monochromatické: 1 vlnová dĺžka - laser

Využitie svetla:

organizmy - orientácia

Svetlá sa využíva v mnohých prístrojoch (LCD obrazovkách, DVD prehrávačoch, mobiloch), s jeho pomocou sa zvára aj reže, alebo napríklad operuje. Svetlo sa využíva v mnohých oblastiach (medzi ne patrí napr. Komunikácie, zdravotníctvo, výrobné technológie). Pomocou svetla pozorujú ľudia i vzdialená vesmírne telesá, ktorá vyžarujú, odráža alebo sú iným spôsobom ovplyvnená svetlom.

Typy optických prostredie

= Všeobecne akékoľvek prostredie, v ktorom sa šíri elektromagnetické vlnenie

• priehľadné - nedochádza k rozptylu svetla (číre sklo)
• priesvitné - čiastočne sa svetlo rozptyľuje (matné sklo)
• nepriehľadné - svetlo neprepúšťa (farebné sklo)

prostredie ďalej môže byť: a) homogénne (rovnorodé) - vo všetkých miestach rovnaké optické vlastnosti
b) heterogénne

prostredie ďalej môže byť: 1) izotropné - rýchlosť šírenia nezávisí na smere (sklo)
2) anizotropná - rýchlosť svetla závisí na smere šírenia (kryštály)

Ak svetelný lúč dopadne na rozhraní prostredia, čiastočne sa odráža a čiastočne láme.  

Odraz svetla (reflexia)

• nastáva, keď lúč dopadne na rozhraní 2 optických prostredí a nemôže do druhého preniknúť

  - zákon odrazu: Uhol odrazu je rovný uhlu dopadu, pričom odrazené lúče zostávajú v rovine dopadu.

  alfa = alfa ' **** - odraz nastáva len vtedy, keď je uhol väčší, ako 42 stupňov = hraničná uhol. Zo slnka dopadá svetlo pod rôznymi uhlami, a preto dochádza k lomu i odrazu.

  Zobrazovanie odrazom docielime pomocou zrkadiel.

O ... stred (miesto dopadu)

K Kolmica vplyvu, kolmá na rozhranie

Lom svetla (refrakcie)

• nastáva, keď lúč dopadne na rozhraní 2 optických prostredí a prenikne do 2. prostredia
  • lom nastáva, ak je uhol alfa <42 stupňov

n = c (rýchlosť svetla vo vákuu) / v (rýchlosť svetla v prostredí)

(N = λ0 * f / λ * f) - závisí na frekvencii

n1> n2 n1 <n2
v1 <v2 v1> v2
n1 = voda, n2 - vzduch 1 = vzduch, n2 = voda, sklo

n _vzduch = 1, čokoľvek ďalšie má n> 1.
n _voda = 1,3
n _sklo = 3

Zákon lomu:

sin alfa / sin beta = v1 / v2 = n2 / n1

alfa = 0 stupňov

• úplný odraz, odrazí sa kolmo hore späť

Zobrazovanie pomocou lomu sa využíva u šošoviek.

Keď svetlo dopadá presne pod hraničným uhlom, pokračuje na rozhraní dvoch prostredí, Nelo sa ani neodráža.