O P T Y K A
G E O M E T R Y C Z N A
Na wstępie należy przypomnieć, że optyką geometryczną rządzą trzy podstawowe i często spotykane prawa, których nie sposób pominąć podczas omawiania tego działu. Są to:
1. Prawo prostoliniowego rozchodzenia się światła w ośrodkach jednorodnych;
2. Prawo odbicia światła;
3. Prawo załamania światła.
Prostoliniowe rozchodzenie się światła – powstawanie
cienia i półcienia
Zacznijmy od przypomnienia sobie prawa prostoliniowego rozchodzenia się światła:
W ośrodku jednorodnym promień świetlny biegnie po linii prostej.
Zwrot biegu promienia jest odwracalny – jeżeli promień poruszał się wzdłuż określonej drogi z punktu A do B, to przebędzie te samą drogę poruszając się z B do A.
Jedną z konsekwencji prostoliniowego rozchodzenia się światła jest powstawanie cienia i półcienia.
Doświadczenie 1
Pomiędzy ekran a świecącą żarówkę ( z małym włóknem) wkładamy kołową nieprzezroczystą przysłonę P. Przeprowadzając doświadczenie w zaciemnionym pokoju, na ekranie zaobserwujemy ostry cień przysłony.
Punktowe
źródło światła Przeszkoda
Ekran
Rysunek 1. Powstawanie cienia.
Doświadczenie 2
Tę samą okrągłą przysłonę P oświetlamy dwoma żarówkami umieszczonymi od siebie w pewnej odległości. Na ekranie zauważymy obraz pokazany na rysunku poniżej.
Rozciągłe źródło Przeszkoda
światła lub 2 żarówki
Rysunek 2. Powstawanie półcienia i cienia
Obszar cienia, wspólny dla obu żarówek, nazywamy obszarem całkowitego cienia. Pozostały obszar, będący cieniem pochodzącym od jednej żarówki i jednocześnie oświetlony przez drugą, nosi nazwę półcienia.
Godne uwagi jest zjawisko zaćmienia Słońca podczas którego Księżyc (pełniący rolę kołowej przysłony) wchodzi między Słońce (będące odpowiednikiem rozciągłego źródła światła) a Ziemię. W obszarze cienia obserwujemy wtedy zjawisko całkowitego zaćmienia Słońca, natomiast w obszarze półcienia obserwujemy zaćmienie częściowe.
Podczas zaćmienia Księżyca rolę przysłony pełni Ziemia. W cień rzucany przez nią wchodzi Księżyc. Czerwone świecenie Księżyca w czasie trwania zaćmienia jest wynikiem załamania promieni słonecznych w atmosferze Ziemi oraz pochłonięcia przez tę atmosferę części promieniowania krótkofalowego (niebieskiego, zielonego). Na podobnej zasadzie obserwujemy czerwoną barwę Słońca podczas jego zachodu.
Rysunek 3. Schemat zaćmienia Słońca (kolor żółty – Słońce, szary – Księżyc, zielony
Ziemia.
Prawo odbicia światła
Zachowanie się promienia światła, padającego na doskonale gładką powierzchnię określa, dobrze wszystkim znane, prawo odbicia.
Promień padający Normalna Promień odbity
1 2
Z w i e r c i a d ł o
Rysunek 3. Zjawisko odbicia światła. 1 – kąt padania, 2 – kąt odbicia.
Promień padający, normalna i promień odbity leżą w jednej płaszczyźnie,
a kąt odbicia jest równy kątowi padania.
Jeżeli na tę powierzchnię skierujemy wiązkę promieni równoległych, to po odbiciu od niej będą one również do siebie równoległe.
Z kolei gdy powierzchnia nie jest gładka (np. kartka białego papieru), światło ulega rozproszeniu we wszystkich kierunkach.
Promienie, biegnące równolegle, po dotarciu do takiej powierzchni odbijają się od występujących na niej nierównościach i mimo że dla każdego promienia z osobna prawo odbicia jest spełnione, to jednak promienie odbite od powierzchni nie są już do siebie równoległe. Mówimy wtedy o odbiciu rozproszonym.
a) b)
Rysunek 4. Odbicie światła : a) od zwierciadła płaskiego;
b) od kartki papieru (powierzchnia chropowata).
Ćwiczenia; Opracuj budowę i zasadę działania :
a) świateł odblaskowych
b) peryskopu
c) kalejdoskopu
d) światłowodów.
yntylygent