1
1
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
1
T: Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
OPTYKA GEOMETRYCZNA
Zjawisko odbicia i rozproszenia
ś
wiatła (prawo odbicia)
Zwierciadło płaskie
Zwierciadło kuliste – wkl
ę
słe i wypukłe (powstawanie obrazów)
2
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
2
1. Optyka geometryczna
W o
ś
rodkach jednorodnych (np. w pró
ż
ni)
ś
wiatło porusza si
ę
po liniach
prostych.
Je
ż
eli
ś
wiatło napotyka na swej drodze przedmiot wówczas odbija si
ę
od niego.
Je
ż
eli
ś
wiatło na swej drodze napotyka ciało nieprzezroczyste, na ekranie powstaje cie
ń
tego ciała.
OPTYKA – jest nauk
ą
o
ś
wietle (z greckiego optikos – wzrokowy)
Optyka geometryczna – zajmuje si
ę
rozchodzeniem si
ę
promieni
ś
wietlnych w
o
ś
rodkach jednorodnych
2
3
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
3
2. Odbicie
ś
wiatła
α
O
Promień odbity
Promień padający
N
K
ą
t padania
(
α
) jest to k
ą
t zawarty mi
ę
dzy promieniem padaj
ą
cym a
prost
ą
prostopadł
ą
(N - normalna) do powierzchni odbijaj
ą
cej w punkcie
padania (O).
„
K
ą
t odbicia jest równy k
ą
towi padania.
Promie
ń
padaj
ą
cy, promie
ń
odbity i
prostopadła do powierzchni
odbijaj
ą
cej przechodz
ą
ca przez
punkt padania le
żą
w jednej
płaszczy
ź
nie”
α
’
Prawo odbicia
ś
wiatła
α
α
=
'
Prawo odbicia
ś
wiatła
α
α
=
'
4
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
4
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/com
mons/d/dc/Teljes_f%C3%A9nyvisszaver%
C5%91d%C3%A9s.jpg
3
5
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
5
2. Odbicie
ś
wiatła c.d.
Prawo odbicia
ś
wiatła jest spełnione zawsze – jednak nie wszystkie
powierzchnie s
ą
gładkie wi
ę
c równoległa wi
ą
zka promieni padaj
ą
cych
obija si
ę
pod ró
ż
nymi k
ą
tami (rozproszenie
ś
wiatła)
Przedmioty, które nie s
ą
ź
ródłami
ś
wiatła,
widzimy dlatego,
ż
e padaj
ą
ce na nie
ś
wiatło
zostaje rozproszone i cz
ęść
promieni
ś
wietlnych dociera do naszych oczu.
Podczas rozproszenia
prawo odbicia jest zachowane
.
6
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
6
3. Zwierciadła
Zwierciadła
to ciała o gładkich
(wypolerowanych)
powierzchniach odbijaj
ą
ce
ś
wiatło
Ze wzgl
ę
du na kształt zwierciadła
dzielimy na:
a) Płaskie
b) Kuliste (wkl
ę
słe i wypukłe)
3.1. Zwierciadła płaskie
W
zwierciadłach
płaskich
powierzchnia
odbijaj
ą
ca
jest
płaska.
Zwierciadła te nie zniekształcaj
ą
obrazu i nie zmieniaj
ą
jego wielko
ś
ci.
A, AB – przedmiot
x – odległo
ść
przedmiotu
A’, A’B’ – obraz przedmiotu
y – odległo
ść
obrazu
Powstały obraz jest
pozorny i symetryczny
wzgl
ę
dem powierzchni
zwierciadła
Konstrukcja punktu A
Konstrukcja odcinka AB
4
7
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
7
3.2. Zwierciadła kuliste
Zwierciadła, których powierzchnia jest cz
ęś
ci
ą
powierzchni kuli, nazywa si
ę
zwierciadłami kulistymi
•
Zwierciadło wkl
ę
słe – gdy promienie
ś
wiatła padaj
ą
na wewn
ę
trzn
ą
powierzchni
ę
kuli,
•
Zwierciadło wypukłe – gdy promienie
ś
wiatła padaj
ą
na zewn
ę
trzn
ą
powierzchni
ę
kuli.
Ka
ż
de zwierciadło kuliste posiada:
Ś
rodek krzywizny (S),
Promie
ń
krzywizny (r),
O
ś
główn
ą
(optyczn
ą
).
8
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
8
3.2A Zwierciadło kuliste wkl
ę
słe
Promienie padaj
ą
ce na powierzchnie zwierciadła
równolegle do osi optycznej, po odbiciu od jego
powierzchni przecinaj
ą
si
ę
w jednym punkcie F
(ognisko)
Zastosowanie zwierciadła wkl
ę
słego w
latarce (reflektorze).
Ź
ródło
ś
wiatła
umieszczone w punkcie F
SF – ogniskowa zwierciadła (f)
SF = OF
y
x
f
1
1
1
+
=
S
S
Równanie zwierciadła
2
r
f
=
5
9
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
9
3.2A Zwierciadło kuliste wkl
ę
słe – powstawanie obrazu
Cechy obrazu
- rzeczywisty,
- odwrócony,
- pomniejszony.
Odległo
ść
przedmiotu od zwierciadła
oznaczamy jako „x”
Przedmiot został umieszczony za
punktem O wi
ę
c
Przedmiot na rysunku został oznaczony
jako strzałka o pocz
ą
tku A i ko
ń
cu B.
Odcinek AB jest wysoko
ś
ci
ą
przedmiotu
i oznaczamy jako h
1
.
1) x > 2f
Po wykonaniu konstrukcji (poprowadzeniu przynajmniej
dwóch promieni z wierzchołka B przedmiotu) uzyskali
ś
my
punkt B’, który jest wierzchołkiem obrazu A’B’ (h
2
).
Powi
ę
kszenie wyznaczamy poprzez
a)
Porównanie wysoko
ś
ci odcinków
b)
Porównanie odległo
ś
ci obrazu i przedmiotu
x
y
p
=
1
2
h
h
p
=
10
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
10
3.2A Zwierciadło kuliste wkl
ę
słe – powstawanie obrazu c.d.
Cechy obrazu: rzeczywisty, odwrócony,
rozmiar normalny.
Przedmiot został umieszczony w
punkcie O, wi
ę
c
Po wykonaniu konstrukcji, widzimy,
ż
e
odcinek A’B’ = AB, wi
ę
c p =1
Przedmiot został umieszczony w
punkcie O, wi
ę
c
2) x = 2f
Przedmiot został umieszczony przed
punktem O ale za F, wi
ę
c
3) f < x < 2f
Cechy obrazu
- rzeczywisty,
- odwrócony,
- powi
ę
kszony.
6
11
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
11
3.2A Zwierciadło kuliste wkl
ę
słe – powstawanie obrazu c.d.
Je
ś
li ciało umie
ś
cimy w ogniskowej, nie zostanie utworzony
ż
aden obraz.
4) x < f
Cechy obrazu
- pozorny,
- prosty (nieodwrócony),
- powi
ę
kszony.
Ostatni
ą
mo
ż
liwo
ś
ci
ą
jest umieszczenie przedmiotu mi
ę
dzy ogniskiem a
zwierciadłem
12
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
12
3.2B Zwierciadło kuliste wypukłe
Zwierciadło kuliste wypukłe posiada ognisko pozorne. Wi
ą
zka promieni
równoległych do osi głównej po odbiciu od powierzchni zwierciadła staje si
ę
wi
ą
zk
ą
promieni rozbie
ż
nych.
Przykłady zastosowania zwierciadła wypukłego:
- lusterka wsteczne w samochodach,
- lustra na skrzy
ż
owaniach
- bombka choinkowa
7
13
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
13
14
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
14
8
15
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
15
4. Zjawisko załamania
ś
wiatła
Zasada FERMATA (1650 r.)
16
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
16
Efekt załamania fali wynika z
ró
ż
nych pr
ę
dko
ś
ci rozchodzenia
si
ę
jej w ró
ż
nych o
ś
rodkach
9
17
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
17
18
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
18
10
19
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
19
Współczynnik załamania
ś
wiatła
Bezwzgl
ę
dny współczynnik załamania: stała wielko
ść
wyra
ż
aj
ą
ca stosunek pr
ę
dko
ś
ci
ś
wiatła w pró
ż
ni c do
pr
ę
dko
ś
ci
ś
wiatła w danym o
ś
rodku v:
Wzgl
ę
dny współczynnik załamania
ś
wiatła: stała wielko
ść
wyra
ż
aj
ą
ca stosunek pr
ę
dko
ś
ci
ś
wiatła w jednym o
ś
rodku do
pr
ę
dko
ś
ci
ś
wiatła w drugim o
ś
rodku:
20
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
20
5. Całkowite wewn
ę
trzne odbicie
11
21
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
21
22
OPTYKA GEOMETRYCZNA
T01 – Zjawisko odbicia i załamania
ś
wiatła
robert.szczotka(at)gmail.com
Fizyka i astronomia, 2012/2013
22