Splhej.wz.cz - Referáty a čtenářský deník - domů

Optika


Světlo, zrcadlo, lom světla, hranol, čočky

Historie: Již od starověku lidé znali zákonitosti zobrazování v zrcadle. V 17. století. Jedním z největším objevům fyziky 19.století je poznatek, že světlo je elektromagnetické vlnění. K tomuto závěru dospěl anglický fyzik James Clerk Maxwell., autor teorie, podle níž elektromagnetické vlnění vzniká při kmitání elektronů. Zatímco elektromagnetické vlnění rozhlasových a televizních vysílačů vzniká v anténách velkých rozměrů, jsou ?vysílači? světla atomy látek Elektrony v atomech mění svou energii a ta je z atomu vyzařovaná v podobě elektromagnetického vlnění- světla. Uvážíme- li rozdíl mezi velikostí antény, snadno pochopíme, že vlnová délka světelného vlnění bude velmi malá. Obvykle ji vyjadřujeme v nanometrech.

Světlo se skládá z elektromagnetických vln určitých frekvencí a vlnových délek. V geometrické optice se světlo znázorňuje pomocí paprsku. Paprsek je přímka, která vyznačuje cestu šíření světelných vln, ty směr přenosu energie.

Stín- oblast, do které se světelné paprsky nemohou dostat kvůli překážce v jejich cestě. Vycházejí-li paprsky z plošného zdroje vytváří se kolem stínu polostín


Odraz světla

Odraz je změna vlny, po nárazu na hranici dvou prostředí. Vlna po dopadu se nazývá odražená vlna. Tvar jejich vlnoploch závisí na vlnoploch dopadající vlny a na tvaru hranice. Podle zákonu odrazu světla má odražený paprsek ležící ve stejné rovině jako dopadající paprsek a kolmice vztyčená z bodu dopadu. Úhel dopadu je roven úhlu odrazu.

Pravidelný odraz je odraz rovnoběžných dopadajících paprsků od rovinného povrchu, takže odražené paprsky jsou také rovnoběžné. Zrcadlo s plochým povrchem má obraz stejnou velikost jako předmět a stejnou vzdálenost za zrcadlem jako předmět před zrcadlem a je stranově převrácený. Rozptýlený obraz je obraz rovnoběžných dopadajících paprsků od nerovného povrchu, tak že odražené paprsky se pohybují různými směry a světlo je rozptýlené. Tento typ odraz je nejběžnější, protože většina povrchu je nepravidelných. Obrazy vytvořené odrazem od zakřivených zrcadel se zvláště snadno pozorují. Zakřivené zrcadla dělíme na dutá a vypuklá. U všech diagramů znázorňující odraz světla předpokládáme, že předmět je zdrojem světla

Duté (konkávní) zrcadlo je s odrážejícím povrchem, které se zakřivuje dovnitř. Paprsky rovnoběžné s hlavní osou a blízko ní dopadající na takové zrcadlo se odrážejí tak, že sbíhají na takové zrcadlo se odráží tak, že se sbíhají v ohnisku před zrcadlem. Velikost, poloha a typ vytvořeného obrazu závisí na tom, jak daleko je předmět od zrcadla.

Vypuklá (konvexví) zrcadlo je s odrážejícím povrchem, který se zakřivuje vně. Jestliže paprsky rovnoběžné s hlavní osou dopadají na takové zrcadlo, odrážejí se tak, že se rozbíhají z ohniska za zrcadlem. Vytvořené obrazy jsou vždy vypřímené, zmenšené a zdánlivé.

Princip záměnnosti paprsků spočívá v tom, že paprsek světla v opačném směru probíhají za stejných podmínek po stejné dráze.Například paprsky rovnoběžné s hlavní osou se u dutého zrcadla odrážejí tak, že se protne v ohnisku. Dáme-li do ohniska bodový zdroj světla, paprsky se odrážejí rovnoběžně s osou.

Otvorová (kulová) vada vzniká na kulových plochách. Paprsky rovnoběžné s hlavní osou (a v různých vzdálenostech od ní) odrážejí tak, že se protínají v různých bodech podél osy a vytvářejí kaustickou křivku. Čím větší je světelný otvor, tím větší je jev vidět. Projevuje se také u čoček velkého průměru. Vada se u velkých zrcadel odstraňuje užitím ploch tvaru rotačního paraboloidu.

Lom je změna směru vlny jako výsledek změny rychlosti, šíří-lise vlna z jednoho prostředí do druhého. Při přechodu do nového prostředí se světelné paprsky lámou podle zákonu lomu světla. Způsob lomu závisí na tom, zda se pohybují do prostředí opticky hustšího nebo opticky řidšího prostředí a jsou v důsledku toho zpomalovány nebo zrychlovány. Je-li druhé prostředí opticky hustší, paprsek se zpomaluje a je lámán ke kolmici.

Zdánlivá hloubka je jev kdy poloha, ve které se zdá být předmět v jednom prostředí, když se na něj díváme z jiného prostředí. Mozek předpokládá, že se světelný paprsky šíří po přímce, ve skutečnosti však změnily směr v důsledku lomu. Proto předmět není tam, kde se zdá.

Mezní úhel: úhel dopadu paprsku na hranici s řidším prostředím, při kterém se láme v úhlu 90 od kolmice. To znamená, že se lomený paprsek (mezní úhel) šíří podél hranice a nevstupuje do druhého prostředí.

Optická vlákna přenášejí světlo pomocí vnitřního úplného odrazu (totální reflexe) . Svazky optických vláken mají široké použití.

Hranol ? je to průhledné těleso s dvěma rovinnými stěnami, které lámou světlo. Světlo při průchodu hranolem mění směr šíření rozkladem (disperzí) a úplným odrazem. Duha vzniká lomem slunečního světla v drobných kapičkách přítomných ve vzduchu po dešti, každá kapka se chová jako hranol rozkládající světlo na barevné spektrum.

Bílé světlo vnímáné okem je tvořeno součastně různými vlnovými délkami viditelného světla. Lze jej lomem nebo ohybem rozdělit do barevného spektra. Základní barvy jsou červená, modrá a zelená ? to jsou barvy, které nemohou vzniknout kombinací jiných barevných světel. Smísí- li se ve stejném poměru, vnímá je oko jako bílé světlo. Někdy vzniká disperze ( odchylka na vlnové délce ) a má nežádoucí vliv. Okolo obrazů pozorovaných čočkami vznikají barevné kruhy. Abychom tento jev odstranili, obsahují kvalitní optické přístroje jednu nebo více achromatických čoček ? každá se skládá ze dvou čoček kombinovaných tak, že disperze jedné čočky je korigována druhou.


Lom světla v čočkách

Světelné paprsky se lámou na zakřiveném povrchu , např. optických čoček, stejně jako na rovném povrchu podle zákonu lomu světla. Na rozdíl od rovného povrchu přitom vzniká obraz předmětu. Dva základní typy čoček jsou konkávní a konvexní čočky, které působí jako rozptylka a spojka.

Spojky-čočky u které se rovnoběžné paprsky na ni dopadající sbíhají do hlavního ohniska na druhé straně čočky. Jak konkávní, tak konvexní čočky se mohou chovat jako spojky v závislosti na indexu lomu čočky vzhledem k okolnímu prostředí. Skleněná konvexní čočka se ve vzduchu chová jako spojky. Konvexní čočka je čočka s alespoň jedním povrchem zakřivená ven. Čočka s jedním povrchem zakřiveným ven a jedním dovnitř, je- li uprostřed tlustší než na okrajích- má konvexní meniskus

Rozptylka

Čočka u které se rovnoběžné paprsky rozbíhají, vycházejí zdánlivě z hlavního ohniska na straně, kde paprsky vstupují do čoček. Jak konkávní, tak konvexní čočka se může chovat jako rozptylka v závislosti na indexu lomu čočky vzhledem k okolnímu prostředí. Skleněná konkávní čočka ve vzduchu je rozptylka. Její povrch je zakřivený dovnitř. Čočka s jedním povrchem zakřiveným dovnitř je konkávní, je- li uprostřed tenčí než na okrajích- má kovkávní meniskus.

Míra schopnosti čočky lámat rovnoběžné paprsky je optická mohutnost. Udává se v dioptriích ( převrácená hodnota ohniskové délky měřené v metrech).

Optické přístroje: v optickém přístroji světlo prochází optickou soustavou, složenou z jedné nebo více čoček, zrcadlech či hranolů (fotoaparád, mikroskop, dalekodled, diaprojektor ?)


Zdroj: Ilustrovaná encyklopedie FYZIKA (Rok vydání 2000)


Vysoká škola manažerské informatiky a ekonomiky Praha.