Svjetlost kao elektromagnetni val

1
Svjetlost kao elektromagnetni val
2
MAXWELLOVE JEDNADŽBE KLASICNE ELEKTRODINAMIKE
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
James Clerk Maxwell
1831-1879
TEORIJA ELEKTROMAGNETNIH VALOVA
3
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
E Eo sin (kx - wt) B Bo sin (kx - wt)
Elektricna komponenta vala
Magnetna komponenta vala
frekvencija
valni broj
amplituda
4
MAXWELLOVE JEDNADŽBE
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Valna jednadžba za E
Valna jednadžba za B
5
Usporedba s jednadžbom transverzalnog vala
(jedn. vala, titranja žice)
s - deformacija v - brzina
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
v
Fazna brzina elm. vala
u sredstvu
6
Brzina elektromagnetnih valova u vakuumu
Elektricna permitivnost Magnetna permeabilnost
v
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
e0 8,85 10-12 C2N-1m-2
Brzina svjetlosti U VAKUUMU
m0 4p 10-7 C2N s2
7
Brzina elektromagnetnih valova u SREDSTVU
v
Elektricna permitivnost Magnetna permeabilnost
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
v
Brzina svjetlosti U SREDSTVU
8
Brzina elektromagnetnih valova u SREDSTVU
v
PROMJENA BRZINE ELEKTROMAGNETNIH VALOVA U
SREDSTVU
PROMJENA VALNE DULJINE ELEKTROMAGNETNIH VALOVA
PRI PRIJELAZU U SREDSTVO
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
v
9
Osnovni zakoni optike
10
OSNOVNI ZAKONI GEOMETRIJSKE OPTIKE
1. ZAKON PRAVOCRTNOG ŠIRENJA SVJETLOSTI
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
2. ZAKON O NEZAVISNOSTI SNOPOVA ZRAKA SVJETLOSTI
3. ZAKON ODBIJANJA ILI REFLEKSIJE SVJETLOSTI
4. ZAKON LOMA ILI REFRAKCIJE SVJETLOSTI
11
1. ZAKON PRAVOCRTNOG ŠIRENJA SVJETLOSTI
U homogenom sredstvu svjetlost se širi pravocrtno.
Euklid, Optika, 4. st. pr n .e
12
Sjena - dokaz pravocrtnog širenja svjetlosti
13
(No Transcript)
14
Sjena - citav prostor do kojega ne dopire
svjetlost
15
Fermatov princip
Put svjetlosti medu bilo kojim dvjema tockama je
uvijek onaj put za koji svjetlosti treba najkrace
vrijeme.
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
16
2. ZAKON NEZAVISNOSTI SNOPOVA SVJETLOSTI
Ako jedan svjetlosni snop prolazi kroz drugi
snop, jedan na drugoga ne utjecu.
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Doc.dr.sc. Rajka Jurdana-Šepic, Fizika 2
17
3. ZAKON ODBIJANJA ILI REFLEKSIJE SVJETLOSTI
Ako svjetlost upada na zrcalo Z, onda upadna i
odbijena zraka leže u istoj ravnini okomitoj na
površinu zrcala. Kut odraza b jednak je kutu
upada a.
Ravnina upadne i odbijene zrake
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Kut upada
Kut odraza
a
b
Z
Površina zrcala
18
(No Transcript)
19
FERMATOV PRINCIP I ZAKON ODBIJANJA SVJETLOSTI
B
A
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Najkaci put od A do B?
20
FERMATOV PRINCIP I ZAKON ODBIJANJA SVJETLOSTI
B
A
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Najkaci put od A do B ako treba dotaknuti zrcalo?
21
FERMATOV PRINCIP I ZAKON ODBIJANJA SVJETLOSTI
B
A
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Najkaci put od A do B ako treba dotaknuti zrcalo?
22
FERMATOV PRINCIP I ZAKON ODBIJANJA SVJETLOSTI
B
A
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Najkaci put od A do B ako treba dotaknuti zrcalo?
23
FERMATOV PRINCIP I ZAKON ODBIJANJA SVJETLOSTI
B
A
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Dokaz da je najekonomicnija plava staza
24
FERMATOV PRINCIP I ZAKON ODBIJANJA SVJETLOSTI
B
A
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
B
25
FERMATOV PRINCIP I ZAKON ODBIJANJA SVJETLOSTI
B
A
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
C
B
d(C,B) d(C,B)
d(A,B) d(A,B)
26
FERMATOV PRINCIP I ZAKON ODBIJANJA SVJETLOSTI
B
A
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
D
C
B
d(A,D)d(D,B) je uvijek vece od d(A,B)
27
FERMATOV PRINCIP I ZAKON ODBIJANJA SVJETLOSTI
B
A
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
C
B
28
3. ZAKON LOMA ILI REFRAKCIJE SVJETLOSTI
Ako svjetlost upada pod kutom na granicu
prozirnoga sredstva, ona se djelomicno odbija i
djelomicno lomi. Upadna, odbijena i lomljena
zraka leže u istoj ravnini okomitoj na granicu
sredstva.
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Ravnina upadne, odbijene i lomljene zrake
Kut upada
Kut odraza
Kut loma
29
Lom svjetlosti
30
Lom svjetlosti
31
(No Transcript)
32
FERMATOV PRINCIP I LOM SVJETLOSTI
A
C
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
B
Spasilac skace u vodu iz tocke A do utopljenika u
tocki B. Kojim putem ce stici brže plavim ili
crvenim ?
(cak i spasilac ? ) kroz vodu se sporije giba!
33
LOM SVJETLOSTI
Upadna zraka
Odbijena zraka
a
a
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
n1
n2
b
Lomljena zraka
n2 opticki gušce sredstvo n1 opticki rijede
sredstvo
Doc.dr.sc. Rajka Jurdana-Šepic, Fizika 2
34
LOM SVJETLOSTI
Upadna zraka
a
a
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
n1
n2
sin a


n
n2
sin b
n1
b
Indeks loma sredstva
Lomljena zraka
n2 opticki gušce sredstvo n1 opticki rijede
sredstvo
35
LOM SVJETLOSTI
brzina sv. u vakuumu
v1
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
c

n
v
brzina sv. u sredstvu
v2
Na prijelazu sredstava svjetlost mijenja brzinu
36
OPTICKI PUT
v1
v2
v2
Putevi prijedeni u isto vrijeme t
v1
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
n1
v2
n2
v2
PRODUKT OPTICKI PUT
37
3. ZAKON LOMA ILI REFRAKCIJE SVJETLOSTI
Ako svjetlost upada pod kutom na granicu
prozirnoga sredstva, ona se djelomicno odbija i
djelomicno lomi. Upadna, odbijena i lomljena
zraka leže u istoj ravnini okomitoj na granicu
sredstva. Omjer sinusa upadnoga kuta i sinusa
kuta loma je stalna vrijednost (relativni indeks
loma) za dva prozirna sredstva.
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Ravnina upadne, odbijene i lomljene zrake
Kut upada
Kut odraza
Kut loma
38
LOM SVJETLOSTI
a
a
a
a
a
a
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
n1
n1
n1
n2
n2
n2
b
b
b
v2 v1
v2 lt v1
v2 gt v1
n2 n1
n2 gt n1
n2 lt n1
b gt a
b lt a
b a
39
FERMATOV PRINCIP I LOM SVJETLOSTI
A
C
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
B
.. spasilac je uhvatio utopljenika u tocki B i
sad treba stici što brže od tocke B u moru do A
(ambulante o) ) na kopnu. Kojim putem ce stici
brže plavim, crvenim ili crnim?
40
INDEKS LOMA SVJETLOSTI
sredstvo n
Vakuum 1
Zrak (standardni uvjeti) 1,00029
Voda 1,33
Aceton 1,36
Etilni alkohol 1,36
30 otopina šecera 1,38
Glicerin 1,47
Kvarcno staklo 1,48-1,70
Staklo 1,52
Flintno staklo 1,65
Safir 1,77
Dijamant 2,42
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
za svjetlost valne duljine 589 nm
41
RAVNI DIOPTAR
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Ravni dioptar
I
I
42
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Zašto ribu treba tuci niže nego što je vidimo
iz barke?
Zašto bazen izgleda plici nego što jest?
43
PLANPARALELNA PLOCA
a-b
a
A
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
b
d
b
D
B
a
sin (a-b) D/AB
D d sin a (1- tg a tg b)
cos b d/AB
44
OPTICKA PRIZMA
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
45
OPTICKA PRIZMA
Ravnina presjeka
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
A
46
OPTICKA PRIZMA
a2-b2
A
a1-b1
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
d
a2
a1
b2
b1
A
A
A vanjski pa je suma unutarnjih tj. A b1 b2
d vanjski pa je suma unutarnjih tj. d
(a1-b1) (a2-b2)
47
KROMATSKA DISPERZIJA
n2 gt n1
n2 lt n1
J
J
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
n1
n1
n2
n2
Jc
Jp
Jp
Jc
JpgtJc
JpltJc
Crvena svjetlost se uvijek lomi manje od
plave (koncept veca valna duljina je manje
osjetljiva)
48
DISPERZIJA NA OPTICKOJ PRIZMI
crvena se lomi najmanje
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
ljubicastoplava se lomi najviše
49
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
Opt. rijede sredstvo
Opt. gušce sredstvo
50
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
51
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
52
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
53
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
54
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
55
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
90o
q
Granicni kut potpunog odbijanja
56
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
57
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
58
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
90o
Opt. rjede sredstvo
J
Opt. gušce sredstvo
Izvor svjetlosti
59
GRANICNI KUT totalnE refleksijE
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
Promatrac iz vode objekte izvan vode vidi u
stožcu otvora 98o Izvan stožca ne vidi.
Granicni kut totalne refleksije za vodu J
arc sin 1/1,33 48o 45 Otvor stožca je 2 J
2 x 48o 45 98o
60
(No Transcript)
61
Potpuno odbijanje svjetlosti u caši vode
Doc.dr.sc. Rajka Jurdana-Šepic, Fizika 2
62
Doc.dr.sc. Rajka Jurdana-Šepic, Fizika 2
63
(No Transcript)
64
(No Transcript)
65
(No Transcript)
66
(No Transcript)
67
(No Transcript)
68
Serway R.A., Jewett J.W. Physics for scientists
and engineer
69
Endoskopija
70
33 plohe
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
25 ploha
Rasap svjetlosti u briljantu koji uzrokuje
njegovo svjetlucanje
Dijamant brušen u briljant maksimalan sjaj
71

• MIRAGE
• Et. se mirer, franc. odbijati se, zrcaliti se,
  ogledavati se
• ne iluzija, realna opticka pojava
  (fotografiranje)
• barem jedna obrnuta slika

Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
72
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
Donji miraž (fatamorgana) nad vrelim kopnom
hladniji i opticki gušci sloj zraka
topliji i opticki rjedi sloj zraka
Svjetlost se lomi pri prijelazu iz hladnijega
sloja zraka u topliji sloj, a kada je upadni kut
dovoljno velik, onda se potpuno odbija. Predmeti
se zrcale na sloju ugrijanoga zraka. Njihove su
slike obrnute.
73
Potpuno odbijanje ili totalna refleksija
svjetlosti
Gornji miraž (fatamorgana) nad hladnim morima
Topliji i optcki rjedi sloj zraka
Hladniji i opticki gušci sloj zraka
Svjetlost se od predmeta lomi prelazeci iz
opticki gušceg sloja u opticki rjedi sloj. Doima
se da brod koji se nalazi na velikim
udaljenostima, ispod horizonta, lebdi.
74
Finska, gornji miraž
75
(No Transcript)
76
Pustinjski miraž
77
3-slikovni miraž
78
Nastanak duge lom na kapljicama vode u atmosferi
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
79
Sunceva svjetlost upada na kapljicu vode...
80
. ..lomi se na ulasku u kapljicu...
81
... odbija na unutarnjoj strani kapljice...
82
... lomi na izlasku iz kapljice...
83
.. dospjeva do oka motritelja.. Motritelj vidi
dugu ako stoji izmedu Sunca i kapljica kiše !
84
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepic, Fizika 2, PFRI
2012
...svaki motritelj vidi svoju.. ovisi o
stajalištu motritelja...
85
Sekundarna duga - suprotno poredane boje
86
MOŽE LI DUGA BITI KRUŽNICA? Duga uvijek ima
oblik polukružnice. Donje dijelove kružnice ne
vidimo zbog tla, obzora. Kad bismo letjeli
avionom, a Sunce bi nam bilo iza leda mogli bismo
opaziti pred sobom kružnu dugu. Takvu dugu
vidimo i u planinama ako gledamo prema dolini u
kojoj je izmaglica, a sunce nam je iza leda.
Knjiga i izložba Znanost oko nas fizika u
svakodnevici, ZR, Ri, 2008 www.zlatnirez.hr