Odraz svijeće u ogledalu je iskustvo. Odraz ogledala u ogledalu. Odraz u ravnom ogledalu. Refleksija zraka od ogledala. Vrste zrcalnih površina
OBRNUTO IME
Stavite knjige u hrpu i naslonite ogledalo na nju. Stavite komad papira ispod ivice ogledala.
Stavite lijevu ruku ispred papira, a bradu stavite na ruku tako da se možete pogledati u ogledalo, ali ne vidjeti list na kojem morate pisati. Gledajući samo u ogledalo, ali ne i u papir, napišite svoje ime na njemu. Pogledaj šta si napisao.
Većina, a možda čak i sva slova bila su naopačke.
Zašto?
Zato što si pisao gledajući u ogledalo, gde su izgledale normalno, a na papiru su bile naopačke. Većina slova će biti naopako, a samo će simetrična slova (H, O, E, B) biti ispravno napisana.
I u ogledalu i na papiru izgledaju isto, iako je slika u ogledalu okrenuta naopačke.
MULTIPLE REFLEKCIJE
Za ovaj eksperiment trebate imati: dva ogledala (po mogućnosti iste veličine), traku, kutomjer.
Zalijepite ogledala sa stražnje strane.
Stavite upaljenu svijeću (ili bilo koji drugi mali predmet) u sredinu kutomjera.
Postavite ogledala na kutomjer i okrenite ih tako da ugao između njih bude 180 stepeni.
Vidjet ćete samo jedan odraz svijeće
Ako smanjite ugao između ogledala, broj refleksija svijeće će se povećati!
Što je manji ugao otvaranja između ogledala, to ćete videti više slika objekta.
Eksperimentirajte i ako možete, napravite crteže na papiru konstruisanja slika u ogledalu (pod različitim uglovima). Možeš li to podnijeti?
OGLEDALO I TV
Verovatno su svi primetili ovaj fenomen: ako pomerite dlan sa ispruženim prstima ispred TV ekrana, čini se da ih na ruci nije 5, već najmanje 20.
Uzmite veliko ogledalo (veličine otprilike 13X18 cm) i uhvatite TV ekran u ogledalu. Ako je ogledalo nepomično, ništa se neće dogoditi - ekran je samo ekran. Ali ako brzo nagnete ogledalo, odnosno protresete ga, vidjet ćete nevjerovatnu sliku: u odrazu više neće biti jedan ekran, već mnogo, oni će treperiti pred vašim očima, slike će se deformirati.
Ako ogledalu date kružnu rotaciju (trebate da držite TV ekran u svom vidnom polju cijelo vrijeme), možete vidjeti još izvanredniju sliku: ekran će se „odvojiti“ od televizora, izaći iz njega, i dobićete (za to ćete morati malo da vežbate) zatvoreni prsten paravana različitih veličina prema vertikali, različito nagnutih.
Rezultirajući efekat se objašnjava "pamćenjem vizije".
Broj refleksija svijeće se mijenja.
Rice. 23. Višestruki odraz svijeće u dva ogledala
Predložite mogućnosti korištenja višestrukih refleksija.
Na osnovu svojih zapažanja izvedite zaključak o fizičkim i hemijskim pojavama koje prate gorenje svijeće.
2. Praćenje klijanja sjemena pasulja
Ovaj posao traje nekoliko dana i mogu ga raditi dvije osobe ili u grupama.
Svrha rada: promatrati vanjske promjene graha tokom vremena i promjene njihove mase.
Oprema i reagensi: tanjirić ili Petrijeva posuda, gaza, 2-3 sjemenke pasulja, voda, vaga (tehnička ili elektronska).
Napredak rada
Stavite gazu smotanu u nekoliko slojeva u Petrijevu posudu ili tanjir, nalijte sa toliko vode da pokrije gazu. Stavite sjemenke pasulja na gazu, nakon što izvagate svaku. Ostavite tanjire sa pasuljem na prozorskoj dasci u učionici prirodnih nauka.
Svakodnevno pratite izgled sjemena. Zabilježite promjene koje se s njima događaju u bilježnici, važite ih svakodnevno (nakon što ih obrišete papirnom salvetom) i također zapišite rezultate u bilježnicu. Kada pasulj proklija i na klici se pojave mali naborani listovi, promatranje se može završiti.
Nacrtajte sjeme na početku eksperimenta i na kraju.
Kada je promjena mase sjemena pasulja bila najintenzivnija?
Nacrtajte grafik mase klijavih sjemenki pasulja u odnosu na vrijeme.
Izvucite zaključak o razlozima promjene mase pasulja.
3. Uočavanje promjena u stanju leda pri zagrijavanju
Svrha rada: posmatrati pojavu topljenja leda, opisati promjenu stanja leda u zavisnosti od temperature, izvesti zaključke o promjeni temperature leda tokom topljenja.
Oprema i materijali: led, termometar, stakleno staklo kapaciteta 50-100 ml, krpa.
Napredak rada
Led dobro zdrobite tako što ćete ga umotati u krpu. Stavite drobljeni led u staklenu čašu.
Izmjerite temperaturu leda i zabilježite rezultat u tablici 4.
Izmjerite temperaturu leda svakih 3-5 minuta i zabilježite stanje agregacije vode, zapisujući podatke u tabelu.
Tabela 4
Nacrtajte grafik temperature vode u različitim agregacijskim stanjima u odnosu na vrijeme.
Poglavlje 2. Megasvet
§ 8. Čovjek i svemir
1. Pokažite na primjerima kako su se ideje o svjetskom sistemu mijenjale od antičkih vremena do 17. stoljeća.
2. Navedite imena naučnika 16.–17. vijeka, čiji se doprinos astronomiji ne može precijeniti.
3. Dajte kratak opis dostignuća ruske nauke u oblasti astronautike.
4. Zapamtite imena pjesnika, umjetnika, pisaca, kompozitora, reditelja čija su vam djela o svemiru, zvijezdama, stvarnim i izmišljenim putovanjima na daleke planete ostala upamćena.
Privlačnost dalekih zvijezda
Sjetite se kako u ljetnoj noći bez oblaka, zabacivši glavu unazad, niste mogli odvojiti pogled od očaravajućeg zvjezdanog neba. Koliko je umetnika, pesnika, pisaca nadahnulo da stvore velika dela treptanje dalekih zvezda, nepoznatih svetova (Sl. 24). Koliko putnika su zvijezde pokazale pravi put do svog cilja, koliko su izgubljenih putnika pomogle da se vrate kući.
Ja sam sin Zemlje, dete male planete,
Izgubljeni u svemiru sveta,
Pod teretom vekovnih umora,
Bezuspješno sanjati o nečemu drugom.
V. Bryusov
Rice. 24. V. Van Gogh. Zvezdana noć iznad Rone. 1888
Možda nema ničeg zastrašujuće privlačnijeg, beskrajno udaljenog, pristupačnog i nepristupačnog od megasvjetova, u čijim se dubinama rodilo veliko čudo - treperavo zrno prašine zvano Zemlja. Trebalo bi da imate predstavu o tome šta su galaksije, zvezdana jata, zvezde, crne rupe, planete, komete i druga nebeska tela, i da poznajete moderne ideje o strukturi i evoluciji Univerzuma. Ovo i još mnogo toga naučit ćete u ovom poglavlju.
Sazvežđa trepere u kosmičkoj tami,
Sjaju primamljivo i jasno,
Ali ljudi su navikli da žive na zemlji,
I ova navika je divna.
V. Soloukhin Prirodna filozofija o zemlji i svemiru
Pitanje šta je Univerzum zabrinjava ljude od davnina. Niko ne može sa sigurnošću reći kada je rođena jedna od najstarijih nauka, astronomija.
Naši preci, koji su u velikoj mjeri ovisni o prirodnim silama, obogotvorili su nebeska tijela - Sunce, Mjesec, zvijezde. O njima su se stvarali mitovi
Opštinska obrazovna ustanova
Srednja škola br. 21
Magija ogledala
(istraživački rad)
supervizor:
Belgorod, 2011
Istraživački rad
"Magija ogledala"
Kako je sve počelo? Kada sam bio mali, često sam se pogledao u ogledalo i vidio sebe u njemu. Nisam mogao da razumem i bio sam veoma iznenađen zašto sam ili sam tamo, ili me je mnogo stajalo sučelice sebi. Ponekad sam čak i pogledao iza ogledala, misleći da je iza njega neko veoma sličan meni. Od djetinjstva me jako zanima zašto se to dešava, kao da je neka magija u ogledalu.
Za svoje istraživanje odabrao sam temu"Magija ogledala"
Relevantnost: Svojstva ogledala se proučavaju do danas, naučnici otkrivaju nove činjenice. Uređaji sa ogledalima danas se koriste svuda. Neobična svojstva ogledala su vruća tema.
hipoteza: Pretpostavimo da ogledala imaju magične moći.
Mi smo sebi postavili sljedeće zadaci:
1. Saznajte u kojoj zemlji i kada se ogledalo pojavilo;
2. Proučiti tehnologiju izrade ogledala i njihovu primjenu;
3. Provesti eksperimente sa ogledalima i upoznati se sa njihovim svojstvima;
4. Naučite zanimljive činjenice o ogledalima;
5. Saznajte da li ogledala imaju magične moći.
Predmet studija: ogledalo.
Predmet istraživanja: magična svojstva ogledala.
Da bismo istražili ovaj problem, mi:
1. Čitati enciklopedijske članke;
2. Čitati članke u novinama i periodičnim publikacijama;
3. Tražili smo informacije na internetu;
4. Posjetili smo prodavnicu ogledala;
5. Proricanje sudbine pomoću ogledala.
U kojoj zemlji i kada se ogledalo pojavilo?
Istorija ogledala počela je već u trećem milenijumu pre nove ere. Najranija metalna ogledala bila su gotovo uvijek okruglog oblika.
Prva staklena ogledala stvorili su Rimljani u 1. veku nove ere. S početkom srednjeg vijeka staklena ogledala su potpuno nestala: gotovo istovremeno, svi vjerski ustupci vjerovali su da sam đavo gleda na svijet kroz ogledalo.
Staklena ogledala su se ponovo pojavila tek u 13. veku. Ali bili su... konkavni. Tehnologija proizvodnje tog vremena nije znala način da „zalijepi“ limenu podlogu na ravan komad stakla. Stoga se rastopljeni kalaj jednostavno sipa u staklenu tikvicu, a zatim razbija na komade. Samo tri vijeka kasnije majstori Venecije su smislili kako limom prekriti ravnu površinu. U reflektirajuće kompozicije dodane su zlato i bronza, pa su svi predmeti u ogledalu izgledali ljepše nego u stvarnosti. Cijena jednog venecijanskog ogledala bila je jednaka cijeni malog morskog broda. 1500. godine u Francuskoj, obično ravno ogledalo dimenzija 120 x 80 centimetara koštalo je dva i po puta više od Rafaelove slike.
Kako se pravi ogledalo.
Trenutno se proizvodnja ogledala sastoji od sljedećih faza:
1) rezanje stakla
2) dekorativna obrada ivica obratka
3) nanošenje tankog metalnog filma (reflektirajuće prevlake) na zadnji zid stakla je najkritičnija operacija. Zatim se nanosi zaštitni sloj bakra ili specijalnih hemikalija za vezivanje, a zatim dva sloja zaštitne boje koja sprečava koroziju.
Šta ako ogledala imaju magična svojstva?
1 . Moj tata, mama i ja volimo putovati u različite gradove. Posebno volimo posjećivati palače i dvorce. Začudilo me je što je u salama u kojima su se nekada održavali balovi bilo mnogo ogledala. Zašto toliko? Uostalom, da biste ispravili kosu ili pogledali sebe, dovoljno je jedno ogledalo. Ispostavilo se da su ogledala potrebna kako bi se povećalo osvjetljenje i umnožile zapaljene svijeće.
Iskustvo 1: Napraviću hodnik sa ogledalom i doneti sveće. Osvetljenje se povećalo.
Stoga sve palate imaju dvorane sa ogledalima za velike prijeme.
Iskustvo 2. Ogledala mogu odražavati ne samo slike, već i zvuk. Zato u starim dvorcima ima mnogo ogledala. Stvorili su eho – odraz zvuka i pojačali muzičke zvukove tokom praznika.
Iskustvo 3. U našim kućama ima nekoliko ogledala. Nema ih mnogo. Zašto?
Nemoguće je živjeti u sobi s ogledalom. Bilo je španskog mučenja: osobu su stavili u sobu sa ogledalom - kutiju, u kojoj nije bilo ničega osim lampe i osobe! Ne mogavši da podnese svoje odraze, čovjek je poludio.
Zaključak : Ogledala imaju svojstva reflektiranja zvuka, svjetlosti i suprotnog svijeta.
Napišite tri riječi na komad papira, jednu ispod druge: OKVIR, LUM i SLEEP. Postavite ovaj komad papira okomito na ogledalo i pokušajte pročitati odraz ovih riječi u ogledalu. Reč OKVIR je nečitka, LUM je ostao ono što je bio, a SAN se pretvorio u NOS!
Ogledalo obrće redosled slova, a odraz reči u ogledalu treba čitati ne s leva na desno, kao što smo navikli, već obrnuto. Ali čitamo, slijedeći našu dugogodišnju naviku! A riječi LUM i SLEEP su same po sebi vrlo zanimljive. Lump se može nedvosmisleno čitati i s lijeva na desno i obrnuto! A riječ SAN u obrnutom čitanju pretvara se u NOS! Evo dokaza kako ogledalo radi!
Nakon ovih eksperimenata to je lako razumjeti tajni kod Leonarda da Vincija. Njegove bilješke mogle su se čitati samo uz pomoć ogledala! Ali da bi tekst bio lak za čitanje, ipak je morao biti napisan naopako!
Čovek u ogledalu.
Hajde da shvatimo ko je tamo, vidljiv u ogledalu? Moj odraz ili ne moj?
Samo se pažljivo pogledajte u ogledalu!
Ruka koja drži olovku je iz nekog razloga u lijevoj ruci!
Stavimo ruku na svoja srca.
Oh užas, ovaj iza ogledala ga ima na desnoj strani!
I mladež je skakao s jednog obraza na drugi!
Očigledno nisam ja u ogledalu, već moj antipod! I mislim da me prolaznici na ulici tako ne vide. Uopšte ne izgledam tako!
Kako možete biti sigurni da vidite upravo svoju nekonvertiranu sliku u ogledalu?
Ako su dva ravna ogledala postavljena okomito pod pravim uglom jedno u odnosu na drugo, tada ćete vidjeti "ravnu", neobrnutu sliku objekta. Na primjer, obično ogledalo daje sliku osobe čije je srce desno. U ugaonom ogledalu slike, srce će, očekivano, biti na lijevoj strani! Samo treba pravilno stajati ispred ogledala!
Vertikalna os simetrije vašeg lica treba da leži u ravni koja prepolovi ugao između ogledala. Nakon što ste sastavili ogledala, pomaknite ih: ako je ugao rješenja ravan, trebali biste vidjeti potpuni odraz vašeg lica.
Iskustvo 7
Višestruka refleksija
I sad mogu da odgovorim zašto me toliko ima u ogledalima?
Za izvođenje eksperimenta trebat će nam:
- dva ogledala
- kutomjer
- viski
- predmeti
Plan rada: 1. Pričvrstite ga trakom na poleđini ogledala.
2. Stavite upaljenu svijeću u sredinu kutomjera.
3. Postavite ogledala na kutomjer tako da formiraju ugao od 180 stepeni. Možemo posmatrati jedan odraz sveće u ogledalima.
4. Smanjite ugao između ogledala.
zaključak: Kako se ugao između ogledala smanjuje, povećava se broj refleksija svijeće u njima.
Magija ogledala.
Od 16. veka, ogledala su ponovo stekla reputaciju najmisterioznijih i najmagičnijih predmeta koje je čovek ikada stvorio. Godine 1900., na Svjetskoj izložbi u Parizu, takozvana Palata iluzija i Palata Miraža su doživjele veliki uspjeh. U Palati iluzija svaki zid velike heksagonalne dvorane bio je ogromno uglačano ogledalo. Gledalac u ovoj dvorani vidio je sebe izgubljenog među 468 svojih dvojnika. A u Palati Miraža, u istoj dvorani ogledala, slika je bila prikazana u svakom uglu. Dijelovi ogledala sa slikama su "okrenuti" pomoću skrivenih mehanizama. Gledalac se našao ili u izvanrednoj tropskoj šumi, ili među beskrajnim dvoranama u arapskom stilu, ili u ogromnom indijskom hramu. "Trkove" od prije stotinu godina sada je usvojio poznati mađioničar David Copperfield. Svoj čuveni trik sa kočijom koja nestaje u potpunosti duguje Palati Mirage.
Pogledajmo sada proricanje sudbine pomoću ogledala.
Magija ogledala se takođe koristila za proricanje sudbine.
Proricanje sudbine na ogledalima doneto nam je iz inostranstva zajedno sa ogledalom u svom modernom obliku krajem 15. veka.
Najaktivnije vrijeme za proricanje sudbine u stara vremena bilo je od 7. januara do 19. januara. Ovih dvanaest prazničnih dana između Božića (7. januara) i Bogojavljenja (19. januara) nazvano je Božić.
Dozvolite mi da vam dam primjer proricanja sudbine:
1) Malo ogledalo se poliva vodom i iznosi na hladno tačno u ponoć. Nakon nekog vremena, kada se ogledalo zamrzne i na njegovoj površini se formiraju različiti uzorci, potrebno ga je unijeti u kuću i odmah gatati sa smrznute površine.
Ako se na ogledalu nađu krugovi, tada ćete živjeti u izobilju godinu dana; Ako pogledate obrise grane smreke, to znači da je pred vama mnogo posla. Kvadrati predviđaju poteškoće u životu, a trouglovi su predznaci velikog uspjeha i sreće u bilo kojem poslu.
Nakon proricanja sudbine, shvatio sam: samo ogledalo nema magična svojstva. Čovek ih ima. A ogledalo je samo sredstvo koje pomaže u jačanju informacija podsvijesti i čini ih dostupnim percepciji.
zaključak: Ne vjerujemo u magičnu moć ogledala, neuki i neobrazovani ljudi im pripisuju natprirodna svojstva. Na kraju krajeva, zakoni optike objašnjavaju sva čuda ogledala sa naučne tačke gledišta. Shodno tome, naša hipoteza je potvrđena. Prekrasna bajka o ogledalima je samo fantazija. A to su potvrdili i naši eksperimenti.
Geometrijska optika zasniva se na ideji pravolinijskog širenja svjetlosti. Glavnu ulogu u tome igra koncept svjetlosnog snopa. U talasnoj optici svetlosni snop se poklapa sa smerom normale na front talasa, a u korpuskularnoj optici sa putanjom čestice. U slučaju tačkastog izvora u homogenom mediju, svjetlosni zraci su prave linije koje izlaze iz izvora u svim smjerovima. Na sučeljima između homogenih medija, smjer svjetlosnih zraka može se promijeniti zbog refleksije ili prelamanja, ali u svakom od medija oni ostaju ravni. Takođe, u skladu sa iskustvom, prihvaćeno je da smer svetlosnih zraka ne zavisi od intenziteta svetlosti.
Refleksija.
Kada se svjetlost reflektira od polirane ravne površine, upadni kut (mjeren od normale do površine) jednak je kutu refleksije (slika 1), pri čemu svi reflektirani zrak, normalna zraka i upadna zraka leže u istoj ravni. Ako svjetlosni snop padne na ravno ogledalo, tada se nakon refleksije oblik zraka ne mijenja; samo se širi u drugom pravcu. Stoga, kada se gleda u ogledalo, može se vidjeti slika izvora svjetlosti (ili osvijetljenog objekta), a slika izgleda da je ista kao originalni predmet, ali se nalazi iza ogledala na udaljenosti jednakoj udaljenosti od predmet ogledalu. Prava linija koja prolazi kroz tačkasti predmet i njegovu sliku je okomita na ogledalo.
Višestruka refleksija.
Kada su dva ogledala okrenuta jedno prema drugom, slika koja se pojavljuje u jednom od njih se reflektuje u drugom i dobija se čitav niz slika čiji broj zavisi od relativnog položaja ogledala. U slučaju dva paralelna ogledala, kada je predmet postavljen između njih (slika 2, A), dobija se beskonačan niz slika smještenih na pravoj liniji okomitoj na oba ogledala. Dio ovog niza može se vidjeti ako su ogledala dovoljno razmaknuta da omoguće pogled sa strane. Ako dva ravna ogledala formiraju pravi ugao, onda se svaka od dve primarne slike reflektuje u drugom ogledalu, ali se sekundarne slike poklapaju, tako da su rezultat samo tri slike (slika 2, b). Sa manjim uglovima između ogledala, može se dobiti veći broj slika; svi se nalaze na kružnici koja prolazi kroz objekat, sa centrom u tački na liniji preseka ogledala. Slike koje stvaraju ravna ogledala su uvijek imaginarne - ne formiraju se stvarnim svjetlosnim snopovima i stoga se ne mogu dobiti na ekranu.
Refleksija sa zakrivljenih površina.
Refleksija od zakrivljenih površina odvija se po istim zakonima kao i od ravnih, a normala u tački refleksije je okomita na tangentnu ravan u ovoj tački. Najjednostavniji, ali najvažniji slučaj je refleksija od sfernih površina. U ovom slučaju, normale se poklapaju sa radijusima. Ovdje postoje dvije opcije:
1. Konkavna ogledala: svjetlost pada iznutra na površinu sfere. Kada snop paralelnih zraka padne na konkavno ogledalo (slika 3, A), reflektirane zrake se sijeku u tački koja se nalazi na polovini udaljenosti između zrcala i njegovog centra zakrivljenosti. Ova tačka se naziva fokus ogledala, a rastojanje između ogledala i ove tačke je žižna daljina. Udaljenost s od objekta do ogledala, udaljenost s u od ogledala do slike i žižne daljine f povezano formulom
1/f = (1/s) + (1/sў ),
pri čemu sve veličine treba smatrati pozitivnima ako se mjere lijevo od ogledala, kao na sl. 4, A. Kada je objekt na udaljenosti većoj od žižne udaljenosti, stvara se prava slika, ali kada je udaljenost s manja od žižne daljine, udaljenost slike s u postaje negativan. U ovom slučaju, slika se formira iza ogledala i virtuelna je.
2. Konveksna ogledala: svjetlost pada izvana na površinu sfere. U ovom slučaju, nakon refleksije od ogledala, uvijek se dobija divergentni snop zraka (slika 3, b), a slika koja se formira iza ogledala je uvijek virtuelna. Položaj slika može se odrediti pomoću iste formule, uzimajući u njoj žižnu daljinu sa predznakom minus.
Na sl. 4, A prikazano je konkavno ogledalo. Na lijevoj strani, objekt visine od h. Radijus sfernog ogledala je R, i žižna daljina f = R/2. U ovom primjeru udaljenost s od ogledala do predmeta više R. Slika se može konstruisati grafički ako, od beskonačno velikog broja svetlosnih zraka, uzmemo u obzir tri koje izlaze iz vrha objekta. Zraka paralelna glavnoj optičkoj osi proći će kroz fokus nakon refleksije od ogledala. Druga zraka koja udari u centar ogledala će se reflektirati na način da upadna i odbijena zraka formiraju jednake kutove s glavnom osom. Presjek ovih reflektiranih zraka dat će sliku gornje točke objekta, a potpuna slika objekta može se dobiti ako se iz te tačke spusti okomica h u glavnu optičku os. Da biste provjerili, možete pratiti tok trećeg zraka koji prolazi kroz centar zakrivljenosti ogledala i odbija se od njega na istom putu. Kao što se može vidjeti sa slike, ona će također proći kroz točku presjeka prve dvije reflektirane zrake. Slika će u ovom slučaju biti stvarna (formiraju je pravi svjetlosni snopovi), obrnuta i reducirana.
Isto ogledalo je prikazano na sl. 4, b, ali je udaljenost do objekta manja od žižne daljine. U ovom slučaju, nakon refleksije, zrake formiraju divergentni snop, a njihovi nastavci se sijeku u tački koja se može smatrati izvorom iz kojeg izlazi cijeli snop. Slika će biti virtuelna, uvećana i uspravna. Slučaj predstavljen na sl. 4, b, odgovara konkavnom ogledalu za brijanje ako se predmet (lice) nalazi unutar žižne daljine.
Refrakcija.
Kada svjetlost prođe kroz međuprostor između dva prozirna medija, kao što su zrak i staklo, ugao loma (između zraka u drugom mediju i normale) je manji od upadnog ugla (između upadne zrake i iste normale) ako svjetlost prelazi iz zraka u staklo (slika 5), a veća od upadnog ugla ako svjetlost prelazi iz stakla u zrak. Refrakcija se pokorava Snellovom zakonu, prema kojem upadne i prelomljene zrake i normala povučena kroz tačku u kojoj svjetlost siječe granicu medija leže u istoj ravni, a upadni ugao i i ugao prelamanja r, mjereno od normale, povezani su relacijom n= grijeh i/sin r, Gdje n– relativni indeks prelamanja medija, jednak omjeru brzina svjetlosti u ova dva medija (brzina svjetlosti u staklu je manja nego u zraku).
Ako svjetlost prolazi kroz ravno-paralelnu staklenu ploču, tada je, budući da je ovo dvostruko prelamanje simetrično, izlazna zraka paralelna sa upadnom. Ako svjetlost ne padne normalno na ploču, tada će se izlazni snop pomjeriti u odnosu na upadni snop za udaljenost ovisno o upadnom kutu, debljini ploče i indeksu prelamanja. Ako snop svjetlosti prođe kroz prizmu (slika 6), tada se mijenja smjer snopa koji izlazi. Osim toga, indeks prelamanja stakla nije isti za različite valne dužine: veći je za ljubičastu svjetlost nego za crvenu svjetlost. Stoga, kada bijela svjetlost prođe kroz prizmu, njene komponente u boji se odbijaju u različitim stepenima, razlažući se u spektar. Najmanje odstupa crveno svjetlo, zatim narandžasto, žuto, zeleno, cijan, indigo i na kraju ljubičasto. Ovisnost indeksa loma o talasnoj dužini zračenja naziva se disperzija. Disperzija, kao i indeks loma, jako ovisi o svojstvima materijala. Kutno odstupanje D(Sl. 6) je minimalan kada se snop kreće simetrično kroz prizmu, kada je upadni ugao snopa na ulazu u prizmu jednak uglu pod kojim ovaj snop izlazi iz prizme. Ovaj ugao se naziva ugao minimalnog odstupanja. Za prizmu sa uglom prelamanja A(apeksni ugao) i relativni indeks loma n odnos je validan n= grijeh[( A + D)/2]sin( A/2), koji određuje ugao minimalnog odstupanja.
Kritični ugao.
Kada snop svjetlosti prođe iz optički gušće sredine, kao što je staklo, u manje gustu sredinu, kao što je zrak, ugao prelamanja je veći od upadnog (slika 7). Pri određenoj vrijednosti upadnog ugla, koja se naziva kritičnom, prelomljeni snop će kliziti duž sučelja, i dalje ostati u drugom mediju. Kada upadni ugao pređe kritični, više neće biti prelomljenog zraka i svetlost će se potpuno reflektovati nazad u prvi medij. Ovaj fenomen se naziva totalna unutrašnja refleksija. Budući da je pri upadnom kutu jednakom kritičnom kutu, ugao prelamanja jednak je 90° (sin r= 1), kritični ugao C, na kojoj počinje totalna unutrašnja refleksija, dat je relacijom sin C = 1/n, Gdje n– relativni indeks prelamanja.
Objektivi.
Kada se prelamanje dogodi na zakrivljenim površinama, primjenjuje se i Snellov zakon, kao i zakon refleksije. Opet, najvažniji slučaj je slučaj prelamanja na sfernoj površini. Pogledajmo sl. 8, A. Prava linija povučena kroz vrh sfernog segmenta i centar zakrivljenosti naziva se glavna os. Zraka svjetlosti koja putuje duž glavne ose pada na staklo duž normale i stoga prolazi bez promjene smjera, ali druge zrake paralelne s njom padaju na površinu pod različitim uglovima u odnosu na normalu, povećavajući se s rastojanjem od glavne ose. Prema tome, prelamanje će biti veće za udaljene zrake, ali će sve zrake takvog paralelnog snopa koji ide paralelno s glavnom osom presjeći ga u tački koja se zove glavni fokus. Udaljenost od ove tačke do vrha površine naziva se žižna daljina. Ako snop istih paralelnih zraka padne na konkavnu površinu, tada nakon prelamanja zrak postaje divergentan, a produžeci ovih zraka se sijeku u tački koja se naziva imaginarni fokus (slika 8, b). Udaljenost od ove tačke do temena naziva se i žižna daljina, ali joj je dodijeljen znak minus.
Tijelo od stakla ili drugog optičkog materijala omeđeno dvjema površinama čiji su polumjeri zakrivljenosti i žižne daljine veliki u odnosu na druge dimenzije naziva se tanko sočivo. Od šest sočiva prikazanih na sl. 9, prva tri skupljaju, a preostala tri se rasipaju. Žižna daljina tankog sočiva može se izračunati ako su poznati radijusi zakrivljenosti i indeks prelamanja materijala. Odgovarajuća formula je
Gdje R 1 i R 2 – radijusi zakrivljenosti površina, koji se u slučaju bikonveksnog sočiva (sl. 10) smatraju pozitivnim, a u slučaju bikonkavnog sočiva – negativnim.
Položaj slike za dati objekat može se izračunati pomoću jednostavne formule, uzimajući u obzir neke konvencije prikazane na Sl. 10. Predmet se postavlja lijevo od sočiva, a njegov centar se smatra ishodištem od kojeg se mjere sva rastojanja duž glavne ose. Područje lijevo od sočiva naziva se prostor predmeta, a područje desno se naziva prostor slike. U ovom slučaju, udaljenost do objekta u prostoru objekta i udaljenost do slike u prostoru slike smatra se pozitivnim. Sve udaljenosti prikazane na sl. 10, pozitivno.
U ovom slučaju, ako f– žižna daljina, s je udaljenost do objekta, i s¢ – udaljenost do slike, formula tankog sočiva će biti zapisana u obliku
1/f = (1/s) + (1/sў )
Formula je primjenjiva i za konkavna sočiva, ako smatramo da je žižna daljina negativna. Imajte na umu da, budući da su svjetlosni zraci reverzibilni (tj., slijedit će istu putanju ako je njihov smjer obrnut), objekt i slika se mogu zamijeniti, pod uvjetom da je slika ispravna. Parovi takvih tačaka nazivaju se konjugiranim tačkama sistema.
Vođeni sl. 10, takođe je moguće konstruisati sliku tačaka koje se nalaze izvan glavne ose. Ravni objekat okomit na osu će takođe odgovarati ravnoj slici okomitoj na osu, pod uslovom da su dimenzije objekta male u poređenju sa žižnom daljinom. Zrake koje prolaze kroz centar sočiva se ne odbijaju, a zraci paralelni glavnoj osi seku se u fokusu koji leži na ovoj osi. Objekat na sl. 10 je predstavljen strelicom h lijevo. Slika gornje tačke objekta nalazi se na presjeku mnogih zraka koje iz njega izlaze, od kojih je dovoljno odabrati dvije: zrak paralelan glavnoj osi, koji zatim prolazi kroz fokus, i zrak koji prolazi kroz centar sočiva, koji ne mijenja svoj smjer pri prolasku kroz sočivo. Nakon što se na taj način dobije gornja tačka slike, dovoljno je spustiti okomicu na glavnu osu da bi se dobila cijela slika, čija će visina biti označena sa hý. U slučaju prikazanom na sl. 10, imamo pravu, obrnutu i smanjenu sliku. Iz odnosa sličnosti trouglova lako je pronaći odnos m visina slike do visine objekta, što se naziva uvećanje:
m = hў / h = sў / s.
Kombinacije sočiva.
Kada je riječ o sistemu od nekoliko sočiva, položaj konačne slike se određuje uzastopnom primjenom nama poznate formule na svako sočivo, uzimajući u obzir znakove. Takav sistem se može zamijeniti jednim sočivom sa "ekvivalentnom" žižnom daljinom. U slučaju dva razmaknuta a jednostavna sočiva sa zajedničkom glavnom osom i žižnim daljinama f 1 i f 2 ekvivalentne žižne daljine F je data formulom
Ako su oba sočiva kombinovana, tj. uzeti u obzir to a® 0, tada dobijamo Recipročna vrijednost žižne daljine (uzimajući u obzir predznak) naziva se optička snaga. Ako se žižna daljina mjeri u metrima, tada se izražava odgovarajuća optička snaga dioptrije. Kao što je jasno iz posljednje formule, optička snaga sistema blisko raspoređenih tankih sočiva jednaka je zbiru optičkih snaga pojedinačnih sočiva.
Debela sočiva.
Slučaj sočiva ili sistema sočiva čija je debljina uporediva sa žižnom daljinom je prilično složen, zahteva glomazne proračune i ovde se ne razmatra.
Greške objektiva.
Kada svjetlost iz tačkastog izvora prođe kroz sočivo, svi zraci se zapravo ne seku u jednoj tački – fokusu. Neki zraci se odbijaju u različitim stepenima, u zavisnosti od tipa sočiva. Takva odstupanja, koja se nazivaju aberacije, nastaju iz različitih razloga. Jedna od najznačajnijih je hromatska aberacija. To je zbog disperzije materijala sočiva. Žižna daljina sočiva je određena njegovim indeksom prelamanja, a njena zavisnost od talasne dužine upadne svetlosti dovodi do činjenice da svaka komponenta boje bele svetlosti ima svoj fokus u različitim tačkama glavne ose, kao što je prikazano na sl. . 11. Postoje dva tipa hromatskih aberacija: longitudinalna - kada su žarišta od crvene do ljubičaste raspoređena duž glavne ose, kao na sl. 11, i poprečno - kada se uvećanje mijenja ovisno o talasnoj dužini i na slici se pojavljuju konture u boji. Korekcija hromatskih aberacija postiže se upotrebom dva ili više sočiva od različitih stakala sa različitim vrstama disperzije. Najjednostavniji primjer je telefoto objektiv. Sastoji se od dva sočiva: konvergentnog sočiva od krune i difuznog sočiva od kremena, čija je disperzija mnogo veća. Dakle, disperzija sabirne leće se kompenzuje disperzijom slabijeg divergentnog sočiva. Rezultat je sabirni sistem koji se zove ahromat. U ovoj kombinaciji, hromatska aberacija se koriguje za samo dve talasne dužine, a mala boja, nazvana sekundarni spektar, i dalje ostaje.
Geometrijske aberacije.
Gore navedene formule za tanka sočiva, striktno govoreći, su prva aproksimacija, iako vrlo zadovoljavajuća za praktične potrebe, kada zraci u sistemu prolaze blizu ose. Detaljnija analiza vodi do takozvane teorije trećeg reda, koja razmatra pet različitih tipova aberacija za monohromatsko svjetlo. Prvi od njih je sferni, kada se zraci koji su najudaljeniji od ose seku nakon što prođu sočivo bliže njemu od onih koji su najbliži osi (slika 12). Korekcija ove aberacije postiže se korišćenjem sistema sa više sočiva sa sočivima različitih radijusa. Druga vrsta aberacije je koma, koja nastaje kada zraci formiraju mali ugao sa osom. Razlika u žarišnim daljinama za zrake zraka koji prolaze kroz različite zone sočiva određuje različito poprečno uvećanje (slika 13). Dakle, slika tačkastog izvora poprima izgled repa komete zbog slika pomerenih od fokusa, formiranih od strane perifernih zona sočiva.
Treći tip aberacije, takođe povezan sa slikom tačaka pomerenih od ose, je astigmatizam. Zraci iz tačke upadaju u sočivo u različitim ravnima prolazeći kroz osu sistema formiraju slike na različitim udaljenostima od centra sočiva. Slika tačke se dobija ili u obliku horizontalnog segmenta, ili u obliku vertikalnog segmenta, ili u obliku eliptične tačke, u zavisnosti od udaljenosti do sočiva.
Čak i ako su tri razmatrane aberacije ispravljene, zakrivljenost ravni slike i izobličenje će ostati. Zakrivljenost ravni slike je vrlo nepoželjna u fotografiji, jer površina fotografskog filma mora biti ravna. Distorzija iskrivljuje oblik objekta. Dvije glavne vrste distorzije, jastučić za igle i bure, prikazane su na Sl. 14, gdje je objekt kvadrat. Malo izobličenje je podnošljivo u većini sistema objektiva, ali je krajnje nepoželjno kod objektiva za aerofotografiju.
Formule za različite tipove aberacija su suviše složene za potpuni proračun sistema bez aberacija, iako dozvoljavaju približne procjene u pojedinačnim slučajevima. Moraju biti dopunjeni numeričkim proračunom putanje zraka u svakom specifičnom sistemu.
WAVE OPTICS
Talasna optika bavi se optičkim fenomenima uzrokovanim valnim svojstvima svjetlosti.
Svojstva talasa.
Talasna teorija svjetlosti u svom najpotpunijem i najrigoroznijem obliku zasniva se na Maxwellovim jednadžbama, koje su parcijalne diferencijalne jednadžbe izvedene iz osnovnih zakona elektromagnetizma. U njemu se svjetlost posmatra kao elektromagnetski val, čija električna i magnetska komponenta polja osciliraju u međusobno okomitim smjerovima i okomito na smjer širenja vala. Srećom, u većini slučajeva, pojednostavljena teorija zasnovana na Huygensovom principu je dovoljna da opiše valna svojstva svjetlosti. Prema ovom principu, svaka tačka na datom talasnom frontu može se smatrati izvorom sfernih talasa, a omotač svih takvih sfernih talasa proizvodi novi talasni front.
Interferencija.
Interferenciju je prvi put pokazao T. Jung 1801. godine u eksperimentu, čiji je dijagram prikazan na Sl. 15. Ispred izvora svjetlosti je postavljen prorez, a na određenoj udaljenosti od njega nalaze se još dva proreza, simetrično smještena. Na ekranu koji se nalazi još dalje, uočavaju se naizmjenično svijetle i tamne pruge. Njihova pojava se objašnjava na sljedeći način. Pukotine S 1 i S 2 na koju svjetlost pada iz proreza S, igraju ulogu dva nova izvora koji emituju svjetlost u svim smjerovima. Da li će određena tačka na ekranu biti svetla ili tamna zavisi od faze u kojoj svetlosni talasi iz proreza dolaze u ovu tačku S 1 i S 2. U tački P 0 dužine putanja iz oba proreza su iste, tako da su valovi iz S 1 i S 2 dolaze u fazi, njihove amplitude se zbrajaju i intenzitet svjetlosti će ovdje biti maksimalan. Ako se pomaknemo gore ili dolje od ove tačke do takve udaljenosti od koje je razlika u putanji zraka S 1 i S 2 će biti jednako polovini valne dužine, tada će maksimum jednog vala preklapati minimum drugog i rezultat će biti tama (tačka P 1). Ako pređemo dalje na stvar P 2, gdje je razlika putanja čitava talasna dužina, tada će se u ovom trenutku ponovo uočiti maksimalni intenzitet itd. Superpozicija talasa koja dovodi do naizmjeničnih maksimuma i minimuma intenziteta naziva se interferencija. Kada se amplitude saberu, interferencija se naziva pojačavajuća (konstruktivna), a kada se oduzmu naziva se slabljenjem (destruktivnom).
U razmatranom eksperimentu, kada se svjetlost širi iza proreza, uočava se i njena difrakcija ( vidi ispod). Ali interferencija se takođe može uočiti „u čistom obliku“ u eksperimentu sa Lloydovim ogledalom. Ekran je postavljen pod pravim uglom u odnosu na ogledalo tako da je u kontaktu sa njim. Tačkasti daljinski izvor svjetlosti, smješten na maloj udaljenosti od ravni ogledala, osvjetljava dio ekrana i direktnim i zrakama reflektovanim od ogledala. Formira se potpuno isti interferentni obrazac kao u eksperimentu sa dvostrukim prorezom. Očekivalo bi se da bi na preseku ogledala i ekrana trebalo da postoji prva svetlosna traka. Ali pošto se reflektuje od ogledala dolazi do pomaka faze str(što odgovara razlici putanje od pola vala), prva je zapravo tamna pruga.
Treba imati na umu da se smetnje svjetlosti mogu uočiti samo pod određenim uslovima. Činjenica je da se obični svjetlosni snop sastoji od svjetlosnih valova koje emituje ogroman broj atoma. Fazni odnosi između pojedinačnih talasa se nasumično menjaju sve vreme, a za svaki izvor svetlosti na svoj način. Drugim riječima, svjetlost dva nezavisna izvora nije koherentna. Stoga je sa dva zraka nemoguće dobiti interferencijski uzorak osim ako nisu iz istog izvora.
Fenomen smetnji igra važnu ulogu u našim životima. Najstabilniji etaloni dužine baziraju se na talasnoj dužini nekih monohromatskih izvora svetlosti i upoređuju se sa radnim etalonima merača i sl. primenom interferentnih metoda. Takvo poređenje može se napraviti pomoću Michelsonovog interferometra - optičkog uređaja, čiji je dijagram prikazan na Sl. 16.
Prozirno ogledalo D dijeli svjetlost iz produženog monokromatskog izvora S u dva snopa, od kojih se jedan reflektuje od fiksnog ogledala M 1, a drugi iz ogledala M 2, krećući se na preciznom mikrometarskom klizaču paralelno sa sobom. Dijelovi povratnih greda su kombinovani ispod ploče D i daju obrazac interferencije u vidnom polju posmatrača E. Interferentni uzorak se može fotografisati. U krug se obično dodaje kompenzacijska ploča D u, zbog čega staze koje oba snopa prelaze u staklu postaju identične, a razlika putanja je određena samo položajem ogledala M 2. Ako se ogledala podese tako da su njihove slike striktno paralelne, tada se pojavljuje sistem interferentnih prstenova. Razlika u putanji dvaju zraka jednaka je dvostrukoj razlici udaljenosti od svakog ogledala do ploče D. Tamo gdje je razlika putanja nula, postojat će maksimum za bilo koju talasnu dužinu, a u slučaju bijele svjetlosti dobićemo bijelo („akromatsko“) ravnomjerno osvijetljeno polje – rub nultog reda. Da biste ga pratili, potrebna je kompenzacijska ploča Dý , eliminišući uticaj disperzije u staklu. Kako se pokretno ogledalo pomera, superponiranje pruga za različite talasne dužine proizvodi prstenove u boji koji se remiksuju u belu svetlost na razlici puta od nekoliko stotinki milimetra.
Pod monohromatskim osvetljenjem, polako pomerajući ogledalo u pokretu, primetićemo destruktivnu interferenciju kada je kretanje četvrtina talasne dužine. A kada se pomjerite još jednu četvrtinu, maksimum će se ponovo primijetiti. Kako se ogledalo bude dalje pomicalo, pojavljivat će se sve više prstenova, ali uvjet za maksimum u sredini slike će i dalje biti jednakost
2d = Nl,
Gdje d– pomeranje pokretnog ogledala, N je cijeli broj, i l– talasna dužina. Stoga se udaljenosti mogu precizno uporediti s valnim dužinama jednostavnim prebrojavanjem broja interferencijskih rubova koji se pojavljuju u vidnom polju: svaki novi rub odgovara kretanju l/2. U praksi, sa velikim razlikama u putanjama, nemoguće je dobiti jasan interferentni obrazac, jer pravi monohromatski izvori proizvode svetlost, iako u uskom, ali ograničenom opsegu talasnih dužina. Stoga, kako se razlika u putanji povećava, interferencijski rubovi koji odgovaraju različitim talasnim dužinama na kraju se toliko preklapaju da je kontrast interferencijskog uzorka nedovoljan za posmatranje. Neke valne dužine u spektru kadmijumske pare su izrazito monohromatske, tako da se interferentni obrazac formira čak i sa razlikama u putanjama od reda od 10 cm, a najoštrija crvena linija se koristi za određivanje etalona metra. Emisija pojedinačnih živinih izotopa proizvedenih u malim količinama na akceleratorima ili u nuklearnom reaktoru karakterizira još veća monokromatičnost i visoki intenzitet linija.
Interferencija u tankim filmovima ili u razmaku između staklenih ploča je također važna. Zamislite dvije staklene ploče vrlo blizu jedna uz drugu obasjane monohromatskim svjetlom. Svjetlost će se reflektirati od obje površine, ali će put jedne od zraka (odbijene od daleke ploče) biti nešto duži. Prema tome, dva reflektovana snopa dat će uzorak interferencije. Ako razmak između ploča ima oblik klina, tada se u reflektiranom svjetlu opaža interferencijski uzorak u obliku pruga (jednake debljine), a udaljenost između susjednih svjetlosnih pruga odgovara promjeni debljine klin za polovinu talasne dužine. U slučaju neravnih površina uočavaju se konture jednake debljine koje karakteriziraju reljef površine. Ako su ploče čvrsto pritisnute jedna uz drugu, tada je u bijeloj svjetlosti moguće dobiti uzorak interferencije boja, koji je, međutim, teže protumačiti. Ovakvi obrasci interferencije omogućavaju vrlo precizna poređenja optičkih površina, na primjer za praćenje površina sočiva tokom njihove proizvodnje.
Difrakcija.
Kada su talasne fronte svetlosnog snopa ograničene, na primer, dijafragmom ili ivicom neprozirnog ekrana, talasi delimično prodiru u oblast geometrijske senke. Dakle, sjena nije oštra, kao što bi trebala biti kod pravolinijskog širenja svjetlosti, već zamagljena. Ovo savijanje svjetlosti oko prepreka je svojstvo zajedničko svim valovima i naziva se difrakcija. Postoje dvije vrste difrakcije: Fraunhoferova difrakcija, kada su izvor i ekran beskonačno udaljeni jedan od drugog, i Fresnelova difrakcija, kada su udaljeni na konačnoj udaljenosti. Primjer Fraunhoferove difrakcije je difrakcija na jednom prorezu (slika 17). Svjetlost iz izvora (prorez S v ) pada na pukotinu S i ide na ekran P. Ako postavite izvor i ekran u fokusne tačke sočiva L 1 i L 2, onda će to odgovarati njihovom uklanjanju u beskonačnost. Ako praznine S I S ako zamijenite rupama, difrakcijski uzorak će izgledati kao koncentrični prstenovi, a ne pruge, ali će raspodjela svjetlosti duž prečnika biti slična. Veličina difrakcijske šare ovisi o širini proreza ili promjeru rupe: što su one veće, to je manja veličina uzorka. Difrakcija određuje rezoluciju i teleskopa i mikroskopa. Pretpostavimo da postoje dva točkasta izvora, od kojih svaki proizvodi svoj vlastiti difrakcijski uzorak na ekranu. Kada su izvori blizu jedan, dva difrakciona uzorka se preklapaju. U ovom slučaju, u zavisnosti od stepena preklapanja, na ovoj slici se mogu razlikovati dve odvojene tačke. Ako središte jednog od difrakcijskih uzoraka pada na sredinu prvog tamnog prstena drugog, onda se smatra da se mogu razlikovati. Koristeći ovaj kriterij, možete pronaći maksimalnu moguću (ograničenu valnim svojstvima svjetlosti) rezoluciju teleskopa, koja je veća što je veći promjer njegovog glavnog ogledala.
Od difrakcionih uređaja najvažnija je difrakciona rešetka. U pravilu je to staklena ploča s velikim brojem paralelnih, jednako udaljenih poteza napravljenih rezačem. (Metalna difrakciona rešetka naziva se reflektivna rešetka.) Paralelni snop svjetlosti koji stvara sočivo usmjerava se na prozirnu difrakcijsku rešetku (slika 18). Paralelni difraktirani snopovi koji se pojavljuju se fokusiraju na ekran pomoću drugog sočiva. (Nema potrebe za sočivima ako je difrakciona rešetka napravljena u obliku konkavnog ogledala.) Rešetka dijeli svjetlost na snopove koji putuju u oba smjera naprijed ( q= 0), i pod različitim uglovima q u zavisnosti od perioda grijanja d i talasnu dužinu l Sveta. Prednja strana ravnog padajućeg monohromatskog talasa, podeljena rešetkastim prorezima, unutar svakog proreza može se smatrati, u skladu sa Hajgensovim principom, kao nezavisni izvor. Može doći do interferencije između talasa koji izlaze iz ovih novih izvora, koji će se pojačati ako je razlika u njihovim putanjama jednaka celobrojnom višekratniku talasne dužine. Razlika u hodu, kao što je jasno iz Sl. 18, jednako d grijeh q, i stoga su pravci u kojima će se posmatrati maksimumi određeni uslovom
Nl = d grijeh q,
Gdje N= 0, 1, 2, 3, itd. Dešava se N= 0 odgovara centralnom, nedifrakiranom snopu nultog reda. S velikim brojem poteza pojavljuje se niz jasnih slika izvora, koji odgovaraju različitim redoslijedom - različitim vrijednostima N. Ako bijela svjetlost padne na rešetku, ona se razlaže u spektar, ali se spektri višeg reda mogu preklapati. Difrakcione rešetke se široko koriste za spektralnu analizu. Najbolje rešetke su reda veličine 10 cm ili više, a ukupan broj linija može premašiti 100.000.
Fresnelova difrakcija.
Fresnel je proučavao difrakciju tako što je talasnu frontu upadnog talasa podelio na zone tako da su se udaljenosti od dve susedne zone do tačke ekrana koje se razmatraju razlikovale za polovinu talasne dužine. Otkrio je da ako rupe i dijafragme nisu jako male, onda se pojave difrakcije uočavaju samo na rubovima zraka.
Polarizacija.
Kao što je već spomenuto, svjetlost je elektromagnetno zračenje s vektorima jačine električnog polja i jačine magnetskog polja okomito jedan na drugi i na smjer širenja vala. Dakle, pored svog smjera, svjetlosni snop karakterizira još jedan parametar - ravan u kojoj oscilira električna (ili magnetska) komponenta polja. Ako se oscilacije vektora jakosti električnog polja u snopu svjetlosti javljaju u jednoj specifičnoj ravni (a vektor jačine magnetskog polja - u ravni koja je okomita na nju), tada se kaže da je svjetlost ravninsko polarizirana; ravan vektorske oscilacije E Jačina električnog polja naziva se ravan polarizacije. Vektorske fluktuacije E u slučaju prirodnog svjetla, uzimaju se sve moguće orijentacije, jer se svjetlost stvarnih izvora sastoji od svjetlosti koju nasumično emituje veliki broj atoma bez ikakve željene orijentacije. Takva nepolarizirana svjetlost može se razložiti na dvije međusobno okomite komponente jednakog intenziteta. Moguća je i djelomično polarizirana svjetlost u kojoj su proporcije komponenti nejednake. U ovom slučaju, stepen polarizacije je definisan kao omjer udjela polarizirane svjetlosti i ukupnog intenziteta.
Postoje još dvije vrste polarizacije: kružna i eliptična. U prvom slučaju, vektor E ne oscilira u fiksnoj ravni, već opisuje potpuni krug dok svjetlost putuje na udaljenosti od jedne valne dužine; veličina vektora ostaje konstantna. Eliptična polarizacija je slična kružnoj polarizaciji, ali samo u ovom slučaju kraj vektora E ne opisuje krug, već elipsu. U svakom od ovih slučajeva, ovisno u kojem smjeru se vektor okreće E Kada se talas širi, moguća je desna i leva polarizacija. Nepolarizovana svetlost se u principu može podeliti na dva kružno polarizovana snopa u suprotnim smerovima.
Kada se svjetlost reflektira od površine dielektrika, kao što je staklo, i reflektirani i prelomljeni zraci su djelomično polarizirani. Pod određenim upadnim kutom, koji se naziva Brewsterov ugao, reflektirana svjetlost postaje potpuno polarizirana. U reflektovanoj zraki vektor E paralelno sa reflektujućom površinom. U ovom slučaju, reflektirani i prelomljeni zrak su međusobno okomiti, a Brewsterov ugao povezan je s indeksom loma n tg odnos q = n. Za staklo q» 57°.
Dvolomnost.
Kada se svjetlost lomi u nekim kristalima, kao što su kvarc ili kalcit, ona se dijeli na dva snopa, od kojih se jedan pokorava uobičajenom zakonu loma i naziva se običnim, a drugi se lomi drugačije i naziva se izvanrednim zrakom. Ispostavilo se da su oba snopa polarizirana u ravnini u međusobno okomitim smjerovima. U kristalima kvarca i kalcita također postoji pravac, koji se naziva optička osa, u kojem nema dvolomnosti. To znači da kada se svjetlost širi duž optičke ose, njena brzina ne ovisi o orijentaciji vektora intenziteta E električno polje u svetlosnom talasu. Prema tome, indeks loma n ne zavisi od orijentacije ravni polarizacije. Takvi kristali se nazivaju jednoosni. U drugim smjerovima, jedna od zraka - obična - i dalje se širi istom brzinom, ali zraka polarizirana okomito na ravninu polarizacije običnog zraka ima drugačiju brzinu i za nju se pokazuje da je indeks loma drugačiji . Općenito, za jednoosne kristale možete odabrati tri međusobno okomita smjera, od kojih su u dva indeksi loma isti, au trećem smjeru vrijednost n ostalo. Ovaj treći pravac poklapa se sa optičkom osom. Postoji još jedna vrsta složenijih kristala kod kojih indeksi loma za sva tri međusobno okomita smjera nisu isti. U ovim slučajevima postoje dvije karakteristične optičke ose koje se ne poklapaju s onima o kojima smo gore govorili. Takvi kristali se nazivaju biaksijalni.
U nekim kristalima, kao što je turmalin, iako se dvolomnost javlja, obični snop je skoro potpuno apsorbovan, a snop koji se pojavljuje je ravno polarizovan. Tanke ravnoparalelne ploče napravljene od takvih kristala vrlo su pogodne za proizvodnju polarizirane svjetlosti, iako polarizacija u ovom slučaju nije stopostotna. Napredniji polarizator se može napraviti od kristala islandskog šparta (providna i jednolična vrsta kalcita), koji se dijagonalno iseče na dva dela na određeni način i zatim ih zalijepi kanadskim balzamom. Indeksi prelamanja ovog kristala su takvi da ako je rez napravljen ispravno, onda obična zraka prolazi kroz totalnu unutrašnju refleksiju na njemu, udara u bočnu površinu kristala i apsorbuje se, a izvanredna zraka prolazi kroz sistem. Takav sistem se zove Nicolas (Nicolas prizma). Ako se dva nikola postave jedan iza drugog na putanji svetlosnog snopa i orijentišu tako da emitovano zračenje ima maksimalni intenzitet (paralelna orijentacija), onda kada se drugi nikol rotira za 90°, polarizovana svetlost koju daje prvi nikol neće proći kroz sistem, a pod uglovima od 0 do 90° proći će samo dio početnog svjetlosnog zračenja. Prvi od nikola u ovom sistemu naziva se polarizator, a drugi analizator. Polarizacijski filteri (Polaroidi), iako nisu tako savršeni polarizatori kao Nicols, jeftiniji su i praktičniji. Napravljeni su od plastike i po svojstvima su slični turmalinu.
Optička aktivnost.
Neki kristali, na primjer kvarc, iako imaju optičku os duž koje nema dvoloma, ipak su sposobni rotirati ravninu polarizacije svjetlosti koja prolazi kroz njih, a kut rotacije ovisi o dužini optičke putanje svjetlosti u datu supstancu. Neki rastvori imaju isto svojstvo, na primer, rastvor šećera u vodi. U zavisnosti od smera rotacije (iz perspektive posmatrača) postoje levorotatorne i desnorotacione supstance. Rotacija ravni polarizacije nastaje zbog razlike u indeksima prelamanja svjetlosti s lijevom i desnom kružnom polarizacijom.
Rasipanje svetlosti.
Kada svjetlost putuje kroz medij raspršenih malih čestica, kao što je dim, dio svjetlosti se raspršuje u svim smjerovima zbog refleksije ili prelamanja. Do raspršivanja može doći čak i na molekulima plina (tzv. Rayleighovo raspršivanje). Intenzitet rasejanja zavisi od broja raspršujućih čestica na putu svetlosnog talasa, kao i od talasne dužine, pri čemu se kratkotalasni zraci jače raspršuju - ljubičasti i ultraljubičasti. Stoga, koristeći fotografski film koji je osjetljiv na infracrveno zračenje, možete slikati u magli. Rayleighovo rasipanje svjetlosti objašnjava plavetnilo neba: plavo svjetlo se više raspršuje, a kada pogledate u nebo, ova boja prevladava. Svjetlost koja prolazi kroz raspršivač (atmosferski zrak) postaje crvena, što objašnjava crvenilo sunca pri izlasku i zalasku, kada je nisko iznad horizonta. Rasipanje je obično praćeno fenomenom polarizacije, tako da plavo nebo pokazuje značajne stepene polarizacije u nekim pravcima.
Praktični rad br. 2. Hemija 8. razred (na udžbenik Gabrielyan O.S.)
Gledanje upaljene svijeće
Cilj: proučavati procese koji se dešavaju kada svijeća gori.Oprema : svijeće (2 kom.), klešta za lonac, staklena cijev savijena pod pravim uglom, epruvete, lim iz limenke (ili staklenog tobogana), držač epruvete, staklena sijalica, komad kartona (šperploča, lesonit), polu- litarska tegla, tegla od dva litra, šibice.
reagensi: krečna voda.
Iskustvo 1.
Fizičke pojave kada gori svijeća.
Radni nalog:
Zapalimo svijeću.
Zapažanja:
Parafin se počinje topiti u blizini fitilja, formirajući okruglu lokvicu. Ovo je fizički proces.
Pomoću klešta za lončić uzmite staklenu cijev savijenu pod pravim uglom.
Stavite jedan kraj epruvete u srednji dio plamena, a drugi spustite u epruvetu.
Uočeni fenomeni:
Epruveta je napunjena gustom belom parafinskom parom, koja se postepeno kondenzuje na zidovima epruvete.
zaključak:
Paljenje svijeće je praćeno fizičkim pojavama.
Iskustvo 2.
Detekcija produkata sagorevanja u plamenu.
Radni nalog:
Uzmite klešta za lončiće iz limenke ili staklene pločice. Unesite zapaljenu svijeću u tamno područje i držite je 3-5 sekundi. Brzo podignemo lim (staklo) i pogledamo donji dio.
Uočeni fenomeni:
Na površini lima (stakla) pojavljuje se čađ.
zaključak:
čađ je proizvod nepotpunog sagorijevanja parafina.
Suvu, ohlađenu, ali nezamagljenu epruvetu stavite u držač epruvete, okrenite je naopako i držite je iznad plamena dok se ne zamagli.
Uočeni fenomeni:
epruveta se zamagli.
zaključak:
Kada parafin izgori, nastaje voda.
U istu epruvetu brzo sipajte 2-3 ml krečne vode
Uočeni fenomeni:
krečna voda postaje mutna
zaključak:
Kada parafin sagorijeva, stvara se ugljični dioksid.
Iskustvo 3.
Utjecaj zraka na sagorijevanje svijeće.
Radni nalog:
Umetnite staklenu cijev sa izvučenim krajem u gumenu krušku. Stiskajući krušku rukom, pumpamo vazduh u plamen zapaljene svijeće.
Uočeni fenomeni:
plamen postaje sjajniji.
To je zbog povećanog sadržaja kisika.
Dvije svijeće pričvršćujemo otopljenim parafinom na karton (šperploča, lesonit).
Zapalimo svijeće i jednu zatvorimo teglom od pola litre, a drugu teglom od dva litra (ili čašama različitog kapaciteta).
Uočeni fenomeni:
sveća prekrivena teglom od dva litra gori duže. To se objašnjava činjenicom da je količina kiseonika u tegli od dva litra veća nego u tegli od pola litre.
Jednačina reakcije
:
zaključak: Trajanje i jačina gorenja svijeće ovise o količini kisika.
Opšti zaključak o radu : paljenje svijeće je praćeno fizičkim i hemijskim pojavama.