gaismas ātrums, dispersija un interference

Gaismas ātrums. Gaismas dispersija

un interference.P. Puķītis. Fizika 12. klasei: 70.-85. lpp.

Sasniedzamie rezultāti• Apraksta gaismas ātruma noteikšanas metožu attīstību.

• Izskaidro gaismas interferenci, tās maksimuma un minimuma nosacījumus.

• Apraksta gaismas dispersiju.

• Apraksta informācijas optisko ieraksti

• Izvērtē informācijas optiskā ieraksta priekšrocības salīdzinājumā ar citiem informācijas saglabāšanas veidiem.

• Izvērtē hologrammu lietojumu vērtspapīru un dokumentu drošības aizsardzībai.

Gaismas ātruma noteikšanas vēsture

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 31. lpp.

Gaismas ātrums

• Gaismas ātrumu zinātnieki centušies noteikt kopš 1607. gada (Galilejs)

• Pašlaik pieņemts, ka gaismas ātrums c=299792458 m/s jeb c = 3 10∙ 8 m/s

http://giphy.com/gifs/speed-of-light-C5wK9RMJ2k0vu

Gaismas ātruma īpašības

• Gaismas ātrums vakuumā – ir maksimāli iespējamais ātrums dabā– nav atkarīgs no gaismas avota vai novērotāja kustības

• Dažādās vidēs gaismas ātrums ir mazāks kā vakuumā

• Novērojot kosmosa objektus, cilvēki redz izmaiņas, kas notikušas pirms laika t=L/c (Saulei t ≈ 500 s)

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 31. lpp.

n pl = 1,4

v pl = ? v ū = ?

vpl

nū= 1,33= 3∙108/1,4 =2,14∙108 m/s

vū = 3∙108/1,33 =2,25∙108 m/s

Kustība ar lieliem ātrumiem

• Ja objekts pārvietojas ar ātrumu, kas tuvojas gaismas ātrumam– Ņūtona klasiskās fizikas likumi

nav spēkā– sāk darboties relatīvistiskā

mehānika (Einšteins)– laika ritējumu ietekmē

kustības ātrums un gravitācijahttps://mic.com/articles/111046/10-mindblowing-gifs-that-explain-the-theory-of-the-everything#.1ykrV4OMP

Gaismas dispersija

• Gaismas laušanas koeficients n videi attiecībā pret vakuumu ir atkarīgs no gaismas frekvences vai viļņa garuma. Šo parādību sauc par gaismas dispersiju.

• Gaismas laušanas koeficients sarkanai krāsai ir mazāks kā violetai.

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. Praktiskie darbi. 31. lpp.

Dispersijas līkne

• Dispersijas līkne rāda, kā mainās gaismas laušanas koeficients atkarībā no viļņa garuma vakuumā

• Dispersijas līkne ūdenim – normāla dispersija

Spektroskops / spektrogrāfs

• Gaisma ieiet aparātā pa šauru spraugu• Gaismas stars tiek lauzts vairākos kūļos atkarībā no viļņa

garuma• Savācējlēca sakopo paralēlos staru kūļus atbilstoši viļņu

garumam• Tiek novērots starojuma (emisijas) spektrs

Spektroskopa pielietojums

• Vielu sastāva noteikšana• Kosmisko objektu sastāva noteikšana

http://www.visionlearning.com/en/library/Chemistry/1/Atomic-Theory-II/51

Gaismas interference• Ja kādā telpas punktā pārklājas divi vai vairāki

gaismas viļņi, šajā punktā notiek svārstību summēšanās - interference– viļņi ar vienādām fāzēm veido maksimumu (amplitūdas

summējas) - gaisma– viļņi ar pretējām fāzēm veido minimumu (amplitūda

samazinās) – tumsahttp://giphy.com/gifs/animation-math-10oShM3HeAq0cE

Noskaties: http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/12-klase/gaismas-vilni-9199/re-cb7f387f-4f31-4700-b714-21759587f62f

Koherenti viļņi

• Lai iegūtu laikā nemainīgu interferences ainu (nemainīgi minimumu, maksimumu punkti), viļņiem jābūt koherentiem– monohromatiski (vienāds viļņa garums)– punktos, kuros notiek pārklāšanās, svārstību fāžu

starpībai jābūt nemainīgai– elektriskā lauka intensitātes vektoru virzieniem

jābūt vienādiem

Koherentu gaismas viļņu iegūšana

• Gaismu pa porcijām viļņu veidā izstaro vielu atomi, elektroniem pārejot no augstāka enerģijas līmeņa uz zemāku

http://chem.libretexts.org/Core/Physical_and_Theoretical_Chemistry/Quantum_Mechanics/10%3A_Multi-electron_Atoms/The_Bohr_Atom

Koherentu gaismas viļņu iegūšana

• Viena elektrona starojums ilgst 10-8 s un ir rimstošs• Starojuma veiktajā attālumā ietilpst daudzi viļņa

garumi• Viens un tas pats atoms starojumus emitē haotiski• Gaismas svārstību fāzes mainās• Gaismas avotu izstarotā gaisma nav koherenta

Koherentu gaismas viļņu iegūšana

• Ja gaismu laiž caur šauru spraugu a• Starojuma porciju sadala divās

daļās ar divām paralēlām tuvu novietotām spraugām

• Iegūst divus gaismas kūļus d ar vienādu fāzi

• Uz ekrāna novēro interferences ainu

https://www.youtube.com/watch?v=CAe3lkYNKt8

Interference dabā

http://giphy.com/gifs/peacock-MgXkWmP4OYyB2

Interference priekšmetoshttps://www.tumblr.com/search/soap%20bubbles%20gif

Optikas dzidrināšana

Interferences izmantošana

• ļoti mazu attālumu un sīku defektu noteikšana

• ļoti plānu un caurspīdīgu materiālu biezuma noteikšana

• dažādu tehnisko ierīču precīzu ģeometrisko izmēru un formu noteikšana (mikroskopu vai tālskatu lēcām u.c.)

“Ņūtona gredzeni”

https://www.tumblr.com/search/Interference

•Gaismas viļņu garuma noteikšana

•Lēcu formas pārbaude

Hologrāfija• Plānās hologrammas - rada ar spēcīgu lāzeru,

saskatāmas tādas pašas lāzera gaismas ietekmē• Biezās hologrammās – rada ar trīs pamatkrāsu

lāzeru gaismu, dabiskā gaismā redzams telpisks un krāsains attēls

• Varavīksnes hologrammas – krāsa atkarīga no skatu leņķa

http://www.deannaritchie.com/hologram/

Informācijas ierakstīšana diskos

• Hologrāfiskais disks (HVD):– ar divu lāzera staru palīdzību ieraksta informāciju kā

interferences ainu– vienā vietā var ierakstīt dažādus datus (1 TB)– datus nolasa ar vienu lāzera staru

• CD un DVD (17 GB) diski:– datus ieraksta binārajā kodā (bedrīte – 1, līdzenums – 0)

ar lāzeru (karsē)– datus nolasa ar lāzera staru

Sasniedzamie rezultāti• Apraksta gaismas ātruma noteikšanas metožu attīstību.

• Izskaidro gaismas interferenci, tās maksimuma un minimuma nosacījumus.

• Apraksta gaismas dispersiju.

• Apraksta informācijas optisko ieraksti

• Izvērtē informācijas optiskā ieraksta priekšrocības salīdzinājumā ar citiem informācijas saglabāšanas veidiem.

• Izvērtē hologrammu lietojumu vērtspapīru un dokumentu drošības aizsardzībai.

Papildus informācijas avoti:• http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/12-klase/gaismas-vilni-9199/re-cb7f387f-4f31-4700-b714-

21759587f62f • https://phet.colorado.edu/en/simulation/wave-interference

• Волновая оптика. Интерференция света http://interneturok.ru/physics/11-klass/boptikab/volnovaya-optika-interferentsiya-sveta?seconds=0&chapter_id=805

Materiāli krievu valodā:

JAUTĀJUMI?