Geometrisk optik reflektion och brytning

Transkript

1 Geometisk optik eflektion oh bytning Geometisk optik F7 Reflektion oh bytning F8 Avbildning med linse Plana oh buktiga spegla Optiska system F9 Optiska instument Geometisk optik eflektion oh bytning Repetition: Elektomagnetiska vågo, bytningsindex Våg elle patikel Reflektionslagen Bytningslagen (Snell s lag) Totaleflektion Reflektans 3 4 Elektomagnetiska vågo y Elektiskt fält z E y0 Magnetiskt fält Utbedningsiktning B z0 x 5 6 Las Rippe, Atomfysik/LTH 1

2 Smö i mikovågsugn Ljusets utbedning Vakuumhastighet: = m/s Fekvens: f vak Vi ange alltid vakuumvåglängden! Ettenkeltexpeimentatttestaommanänyfikenpåvilkenfekvensdetä på mikovågona hemma i sin mikovågsugn ä att studea hu smö böja smälta i den. Bilden till höge ä tagen peis efte att smöet böjat smälta (den oteande plattan va givetvis fånkopplad vid expeimentet), avståndet mellan de smälta delana ä 61 mm fån entum till entum, vilken fekvens ha mikovågona? Fekvensen (f) ändas inte vid övegång fån ett mateial till ett annat: v f vak mat 8 9 Bytningsindex Bytningsindex Definition: n v n vak mat - ljusets hastighet i vakuum v - ljusets hastighet i ett mateial n - bytningsindex λ vak - Ljusets våglängd i vakuum λ mat - Ljusets våglängd i mateialet Definition: n v n vak mat - ljusets hastighet i vakuum v - ljusets hastighet i ett mateial n - bytningsindex λ vak - Ljusets våglängd i vakuum λ mat - Ljusets våglängd i mateialet vak mat n = 1 n > 1 n = Vad ä optik? Vad ä optik? Föeläsning 7 9 Föeläsning Kvantoptik E M optik Vågoptik Ståloptik Fotone Vågo Vågo Ståla 1 13 Las Rippe, Atomfysik/LTH

3 Patikel elle våg? Patikel elle våg? Isaa Newton ( ) Ljus ä patikla Patikel elle våg? Isaa Newton ( ) Ljus ä patikla Robet Hooke ( ) Nej, det ä vågo Ljushastighet oh intensitet v I 1 1 o o o o E o v ljushastigheten ljushastigheten i vakuum I intensiteten=enegi/(tid oh aea) pemittiviteten fö vakuum pemeabiliteten fö vakuum =pemittivitetstalet= n pemeabilitetstalet E 0 Elektiska fältets amplitud Intefeens i en såphinna Huygens pinip Chistian Huygens ( ) Vaje punkt på en vågfont utgö en källa fö ikuläa elementavågo. Vaje elementavåg ha samma fekvens oh utbedningshastighet som pimävågen i den punkten. Pimävågens position vid en senae tidpunkt ges av summan av alla elementavågo. Huygens pinip: Vattenanalogi Plana vattenvågo passea en spalt. Nä spaltöppningen böja bli lika liten som våglängden likna vågfontena en elementavåg efte passagen 3 4 Las Rippe, Atomfysik/LTH 3

4 Huygens pinip: Vattenanalogi Huygens pinip: Vattenanalogi Vågo som böje sig king en ö Photo by Fjellange Wideøe A.S. 5 6 Huygens pinip Huygens pinip Vaje punkt på en vågfont utgö en källa fö ikuläa elementavågo Vaje punkt på en vågfont utgö en källa fö ikuläa elementavågo Vaje elementavåg ha samma fekvens oh utbedningshastighet som pimävågen i den punkten 7 8 Huygens pinip Huygens pinip Vaje punkt på en vågfont utgö en källa fö ikuläa elementavågo Vaje elementavåg ha samma fekvens oh utbedningshastighet som pimävågen i den punkten Pimävågens position vid en senae tidpunkt kan konstueas fam med hjälp av elementavågona 9 30 Las Rippe, Atomfysik/LTH 4

5 Begepp inom geometisk optik Ståle Ståle: Ange i vilken iktning enegin tanspoteas Vågfont: Yta i ymden dä en våg ha konstant fas Reflektionslagen i i i v i - infallande ljusets hastighet v - eflekteade ljusets hastighet α i - infallande ljusstålens vinkel α - eflekteade ljusstålens vinkel Fungea ba endast då våglängden ä fösumbat liten i föhållande till stoleken på de optiska komponentena v v i 31 3 Bytningslagen ni T v i - infallande ljusets hastighet v t - tansmitteade ljusets hastighet n i - bytningsindex fö i n t - bytningsindex fö t α i - infallande ljusstålens vinkel α t - tansmitteade ljusstålens vinkel T - peiodtiden Femats pinip Ljuset välje alltid den snabbaste vägen fån punkt A till punkt B n i n t i x i x t Föklaa både eflektionslagen oh bytningslagen nt T t Bytning oh eflektion Exempel: Bytningslagen Reflektionslagen: i Bytningslagen (Snell s lag): n sin n sin i i n i - bytningsindex fö i n t - bytningsindex fö t α i - infallande ljusstålens vinkel α t - tansmitteade ljusstålens vinkel α - eflekteade ljusstålens vinkel t t n i n t i t Las Rippe, Atomfysik/LTH 5

6 Dispesion Exempel: Pisma Bytningsindex beo på våglängden Exempel: Planpaallell platta Exempel: Regnbågen Regnbågen Totaleflektion Bytning oh ine eflektion i en vattendoppe g 45, 5 Gänsvinkel fö totaleflektion: nt g asin n i 4 43 Las Rippe, Atomfysik/LTH 6

7 Exempel: Optiska fibe Uppgift 1. I botten på en,0 m djup swimmingpool finns belysningslampo. På gund av totaleflektion kan ljuset fån en lampa baa lämna vattenytan inom ett begänsat omåde. Beäkna aean hos det omådet Reflektans oh tansmission Definitione: I R I ef in Vid vinkelätt infall: (häledning, se Appendix) Jämfö med ljud: It T 1 R I in n n 1 R n n1 n 1 n I in I t I ef R - eflektans T - tansmittans n 1 - bytningsindex fö 1 I in - infallande ljusets intensitet I ef - eflekteade ljusets intensitet Teglasfönste Hu myket eflekteas? Till höge se du ett foto av ett steainljus som stå famfö ett fönste. Det ä mökt ute oh däfö syns i alla fall sex av eflexena tydligt, men det kan vaa svåt att uskilja den snöiga julganen peis utanfö. Glaset ha bytningsindex 1,50 oh ä omgivet av luft. Vid uppskattningana nedan få du äkna som om ljuset följe nomalen till glasutona. a) Hu många glasuto finns i fönstet? b) Gö en uppskattning av hu myket svagae den sjätte eflexen ä än den fösta. Rita en figu som pinipiellt visa ljusets väg. ) Den sjunde eflexen ä myket svagae än de tidigae eflektionena va komme den ifån? Rita en figu som pinipiellt visa ljusets väg. 1, 3,4 5,6 7, Kamea objektiv Exempel: Immesionsolja Las Rippe, Atomfysik/LTH 7

8 Immesionslins Föhinda distosion av bilden vid mikoskopi Sammanfattning eflektion oh bytning Bytningsindex: Bytningslagen: Reflektionslagen: n vak v mat ni sini nt sint i Totaleflektion, gänsvinkel: Reflektans vid vinkelätt infall: nt g asin ni I ef n n 1 R Iin n n Smö i mikovågsugn Ettenkeltexpeimentatttestaommanänyfikenpåvilkenfekvensdetä på mikovågona hemma i sin mikovågsugn ä att studea hu smö böja smälta i den. Bilden till höge ä tagen peis efte att smöet böjat smälta (den oteande plattan va givetvis fånkopplad vid expeimentet), avståndet mellan de smälta delana ä 61 mm fån entum till entum, vilken fekvens ha mikovågona? 54 Las Rippe, Atomfysik/LTH 8