Планактивности - nasport.pmf.ni.ac.rsnasport.pmf.ni.ac.rs/materijali/949/fizika-13...
TRANSCRIPT
1
1
ФИЗИКАЧас број 139. јануар 2014.
• Оптика
2
План активности
• 15.1 – долазе две групе од по 10 студената утерминима лаб . Вежби према списку. Јавитисе Лани Пантић у вези тога
• Испит 10.2.2014.
• Поправни 3.2.2014.
• 2. колоквијум 27.1.2014.?
• Термин за надокнаду? Ако је потребан...
3
Геометријска оптика
• Светлост је ЕМ талас
• Ако је таласна дужина светлости неколикопута мања од величине препрека– Светлост се понаша као зрак - област физике јегеометријска оптика
• Ако светлост интерагује са “малим” телима– Светлост се понаша као талас – област физике јеталасна оптика
2
4
• Брзина светлости– Галилеј
– Оле Ремер – 1676. Јупитерови сателити– c=2,9972458 H 108m/s≈3H108m/s
5
Закони геометријске оптике. Одбијањеи преламање
• Угао под којим се светлост рефлектује је једнакњеном упадном углу.
• Упадни зрак, нормала и одбојни зрак леже у истојравни а углови се мере у односу на нормалу
• То важи и за глатке и за неравне површине (за свакињихов приближно раван део)– Зато неравне површине видимо са свих страна (ми, одећа, лишће, ) а равне само са једне (огледало)
6
3
7
8
• Брзина светлости зависи од структуресредине
• Индекс преламања је: n=c/v
• Увек је n≥1• За гасове n≈1• За воду n=1,33• За лед n=1,309
9• Снелијусов закон преламања
4
10
Тотална унутрашња рефлексија
• Огледала рефлектују до 90%– Где је остатак?
• Потпуна рефлексија се догађа када светлостнаилази из средине у којој је спорија (већи индекспреламања) а треба да пређе у средину у којој јебржа (мањи индекс преламања)
• Под одређеним условима се догађа тоталнарефлексија
• Угао под којим се догађа је критични угао
11
• Критични угао за дијамант 24,4о
• Светлост када уђе тешко излази из дијаманта
12
Дисперзија (разлагање) светлости
• Њутн 1672. –разложио Сунчевусветлост на боје
• Дисперзија –процес променеправца кретањасветлости уследразлике уталaсној дужини
5
13
• Преломни угао зависи од индексапреламања (брзине) а он зависи одталасне дужине светлости
• Индекс преламања расте сасмањењем таласне дужине– Највећи је за љубичасту светлост – онавише скреће од црвене
14
• Дуга се види на супротнојстрани од Сунца када јепозадина тамна (олујнонебо)
15
Сочива• Име од поврћа које
личи на конвексна –сабирна сочива
• Праве се од стаклаили провиднихпластика
• Индекс преламања јевећи него у ваздуху
• Фокус (жижа) сочива• Што је жижа ближе
сочиву сочиво јемоћније – већа му јеоптичка моћ
6
16
• Код конкавних –расипних сочиважижна даљина иоптичка моћ сунегативне
17
Карактеристични зраци танких сочиваи формирање лика
• Зрак који улази у сабирно сочиво паралелнооптичкој оси након преламања пролази кроз жижу сањегове друге стране (зраци 1 и 3 са слике 12.9)
• Зрак који улази у расипно сочиво паралелно оси, након преламања се креће као да долази из жиже саисте стране сочива (зраци 1 и 3 са слике 12.10)
• Зрак који пролази кроз центар сочива не мењаправац кретања
• Важи и реверзибилност путања
18
7
19
• EOF и FDC су слични– CD/CF=EO/OF
– CD/EO=CF/OF=(l-f)/f
• ABO и CDO су слични– AB/AO=CD/OC
– CD/EO=l/p
20
• Реалан лик– Може да се пројектује на екран, филм, ретину
– Код сабирних сочива када је p>f, лик је• обрнут,
• умањен и• реалан
• Виртуелан (имагинаран) лик– Не може ...
– Нпр. кад лупу приближимо предмету, тј. буде p<f, лик је• усправан• увећан
• виртуелан
21
Формирање имагинарног лика кодлупе
• Виртуелан лик не може да се пројектује на екран, филм, ретину, ...
• А зашто га онда видимо?• Сочиво у нашем оку сакупља дивергентне зраке, сабира их и
они падају на ретину
8
22
Формирање лика расипним сочивом
• Користе се за наочареза кратковиде особе
• Ликови су усправни алимањи од објекта
• Са исте су странесочива где је и предмет
• не могу да се пројектују– виртуелни су
23
• Реални ликови су увек изврнути а могу да буду ивећи и мањи од објекта– Пројектор формира веће ликове а фото-апарат мање одоригинала
• Виртуелни ликови су усправни и не могу да сепројектују
24
Огледала
• Равна кућна, огледалаза надзор, код зубара, за шминку, ...
• Рефлектују светлост• Равно огледало – лик
на истом растојању садруге стране огледала –имагинаран/виртуелан(не може да сепројектује – не постојииза огледала)
9
25
• Сабирно огледало –жижна даљина јепозитивна
• Што је жижа ближемоћније је
26
• Расипно огледало, фокус је иза њега па јежижна даљинанегативна
• правила:– Зрак који се
приближава сабирномогледалу паралелно саоптичком осом, наконодбијања пролази крозњегов фокус који је наистој страни огледала
– Зрак који сеприближава расипномогледалу паралелно саоптичком осом, наконодбијања се крећу каода им је почетак у жижикоја се налази изаогледала
– Важи и обрнуто
27
• Из сличноститроуглова следи даваже релацијеоблика (12.5) и(12.6)
• Конструкција ликаза p>f (12.18)
• Лик је реалан, умањен и изврнут(увећањенегативно) – случај1 код сочива
10
28
• Конструкцијалика за p<f (12.19)
• Лик јеимагинаран, увећан иусправан(огледала зашминку, кодзубара) – случај2 код сочива
29
• Конвексна огледала –расипна (жижнадаљина негативна) -формирају само једантип ликова (тип 3) - каокод расипних сочива , усправан и мањи одобјекта.
• Лик је иза огледала –виртуелан је
• Конкавна огледаладелују као конвекснасочива
• Конвексна огледаладелују као конкавнасочива
30
Микроскоп
• Користи светлост и систем сочива за добијањеувећане слике малих узорака.
• Моћ раздвајања– ока је око 0,1 мм (ограничена даљином јасног вида од 25 цм)
– Лупе око 0,01 мм– Микроскопа 0,0001мм, тј. 0,1 микрометар
• Најједноставнији микроскоп (два сабирна сочива –објектив и окулар) конструисан пре око 400 година– (Ханс и Захаријас Јенсен (1580-1638)– холанђани, Галилеј, Хајгенс, Левенхук (1632-1723))
11
31
• Објектив – систем сочива која се понашају као једносабирно сочиво које увећава предмет и даје реаланлик предмета мало даљег од жиже
• Окулар – систем сочива која имају улогу лупе којаувећава додатно лик– Коначни лик је увећан, имагинаран и изврнут.
32
Увећање микроскопа• Укупно увећање једнако је
производу увећањаобјектива и окулара
• d – даљина јасног вида• (12.8) апроксимативна
формула l – дужина тубусаокулара (обично је око 18 цм)
• Ограничавајући фактори– Таласна природа светлости– Одступа од праволинијског
простирања и даје вишеликова који се преклапају
– Дешава се када су деловиструктуре посматраногобјекта реда величинеталасне дужине употребљенесветлости
33
Људско око
• Око 90% информација примамо видом• Око је сферног облика, пречника око 25 мм• Сложен оптички систем са неколико сферних површина на којима се
прелама светлост• Спољни слој ока је непрозиран – беоњача – са предње стране је
испупчен и провидан - кроз њега улази светлост – предњи испупчени деосе зове рожњача (дебљина 0,5 мм, полупречник закривљености око 7,8 мм)
• Иза рожњаче је комора испуњена очном течношћу индекса преламања1,336
• Обојени део ока се назива дужица (ирис) са отвором на средини –зеницом.
• Иза зенице је очно сочиво, индекса преламања 1,413. Сочивоприлагођава жижну даљину променом облика помоћу цилијарних мишића– акомодација ока
12
34
• Fovea centralis садржи само чепиће – најоштрије виђење – мишићи окрећујабучицу тако да светлост пада на њу.
• Место где очни нерв улази у мрежњачу нема ни чепића ни штапића – слепамрља
• Оштрина се постиже променом жижних даљина преломних површина• У ненапрегнустом стању око има тавку жижну даљину да се јасно види предмет
удаљен 25 до 35 цм.• Стога је даљина јасног вида 25 цм
• У унутрашњости ока сеналази стакласто тело. Индекс преламања као иочне течности
• Мрежњача облажеунутрашњост ока – богатакрвним судовима и нервимате осетљива на светлост
• Жута мрља – најосетљивијатачка
• У њој се налазе ћелијенервних завршетака уоблику штапића и чепића –претварају светлост уелектричне импулсе
35
Боје и људско око, 13.1.2014.
• Боје – у вези са таласном дужиномВИС ЕМ зрачења
• Два типа фотосензитивних ћелија(њихова супстанца се разлаже поддејством светлости) – Штапићи, 1000 пута осетљивији - служе
за ноћно виђење и периферијски вид– Чепићи, одговорни за дневно виђење и
оштрину вида• Црвени (L), плави (S) и зелени (M) –
одговарају примарним бојама
36
Боје тела које видимо
• Права боја – одређена апсорптивним и рефлективнимособинама– Бела (сложена) светлост падне на тело плаве боје само се ова боја
рефлектује а остале се апсорбују– Бела тела рефлектују све боје а црна апсорбују све
• Ако тело осветлимо светлошћу која није бела?– Шта видимо уколико плаво тело осветлимо црвеном светлошћу?
• Боја светлосних извора је одређена таласном дужиномсветлости коју емитују– He-Ne ласер емитује црвену светлост– Сунце – жућкасту,– Флуоресцентне сијалице плавкасто – белу– Сијалице са усијаном нити црвенкасто- белу (видимо их ако гледамо
директно у извор или осветлимо њима бело тело)
13
37
Таласна оптика
• Светлост је ЕМ талас на који је наше око осетљиво(380 nm<<760 nm)
• Када наилази на “мала” тела њена таласна својствадолазе до изражаја
• Када прелази из ваздуха у другу средину мења јој себрзина. Фреквенција се не мења (јер се боја немења) следи да се таласна дужина мења
Таласна дужина светлости уматеријалној средини је мања одталасне дужине у вакууму
38
Хајгенсов принцип. Дифракција• Хајгенс – развио технику за одређивање
позиције новог таласног фронта на основупознавања његове претходне позиције.
• Свака тачка таласног фронта је извор новихсферних секундарних таласа који се шире изње одговарајућом брзином. Након некогвремена нова позиција таласног фронта јеповрш (линија) која је тангентна на фронтовесекундарних таласа.
• Важи за све врсте таласа. На основу њега семогу објаснити– одбијање и преламање (геометријска оптика)– интерференција (чисто таласни феномен).
39
Објашњење закона одбијања уз помоћХајгенсовог принципа
• Секундарни таласи сеемитују прво из тачакаогледала која су првапогођена таласом.
• Секундарни таласи изближег дела огледала стогапрелазе веће растојање одоних из даљих.
• Правац преношења јенормалан у односу наталасни фронт
• Положај таласних фронтовапре и после рефлексијепоказује да је нови таласнифронт рефлектован подуглом који је једнак упадном
14
40
Објашњење преламања уз помоћХајгенсовог принципа
• Свака тачка раздеобнеповршине је изворсекундарних таласа.
• Уколико је брзина у доњојсредини мања секундарниталаси ће у њој за исто времепрећи мање растојање него упрвој па таласни фронт мењаправац.
41
Пролазак светлости и звука кроз врата. (Колика је таласна дужина звука?)
42
Пролазак светлости кроз мали отвор исавијање (дифракција)
15
43
Јангов експеримент са двапрореза
• Њутново честично гледиште на светлост• Хајгенсово – таласно• 1801. Јангов експеримент дифракције на два прореза• Зашто то не региструјемо у свакодневним околностима?
– Светлост мора да интерагује са нечим малим – упоредивим са њеномталасном дужином
– Светлост није кохерентна. Јанг је направио кохерентну светлост (фазнаразлика је константна) пропуштајући је прво кроз један прорез
– Након проласка кроз два прореза долази до интерференцијесекундарних таласа
– Сложена светлост интерферира по свакој боји појединачно – боље једа се узме монохроматски извор
– Након пролаза кроз прорезе дифрактује у семициркуларне таласе– На местима где се поклопе брегови (или доље) долази до појачања, ...
44
45
16
46
• Разлика пређенихпутева је
• Заклон је на растојању много већем од удаљеностипрореза па је угао исти за све зраке који иду у исту тачку.
Слабљење – деструктивнаинтерференција
Појачање – конструктивнаинтерференција
47
48
Дифракција на више прореза идифракција на једном прорезу
• Исти процес се дешава и када је у питањуједан отвор али и када их је више
• Оптички систем са више отвора –дифракциона решетка
• На решетци се добија слика слична оној надва прореза али је израженија
• Формуле за дифракцију на решетци су истекао и за дифракцију на два прореза.
17
49
50
• Разлика је што је садацентрални максимумвеликог интензитета аостали су многослабији.
51
Слабљење – деструктивнаинтерференција
18
52
Ограничење увећања. Рејлијевкритеријум
• Једна од последица дифракције на малимотворима је што уместо слика његовихоштрих ивица се добија светла тачка нејаснихивица окружена светлим и тамнимпрстеновима
• Таласне особине светлост такође лимитирајурезолуцију инструмента којим гледамообјекте
53
• Рејлијев критеријум: Уколико централни максимумједног лика пада на место првог минимума другоглика објекти се још увек виде одвојено.
54
19
55
• Како је <<D, sin има малу вредност па важиапроксимација sin ≈
• Минимална угаона резолуција је стога min = /D
• Прецизнија анализа даје резултат
• Колика је угаона одвојеност min за коју се ликовидва предмета још увек разликују?
• Први минимум се појављује на месту за које важи