Vlnové vlastnosti svetla

Interferenčné a ohybové svetelné javy, ako aj disperzia svetla dokazujú vlnovú povahu svetla.

Pre fázovú rýchlosť každého vlnenia, teda aj svetelného, platí vzťah: v = lf (l-vlnová dĺžka, f - frekvencia svetla)

Disperzia svetla - fázová rýchlosť v danom prostredí závisí od frekvencie svetla. Zo vzťahu vyplýva f = v/l. f - vždy určuje zdroj(nemení sa prechodom prostredím) a farbu.

Pretože index lomu je definovaný vzťahom n = c/v, v dôsledku disperzie svetla aj index lomu daného optického prostredia závisí od frekvencie(c = l₀f). Hovoríme, že biele svetlo sa pri lome rozložilo na farebné zložky. Najviac sa láme fialové svetlo, najmenej červené.

sin a n₂ ß_č > ß_f

------ = - n_č < n_f

sin b n₁ v_č > v_f

Po lome bieleho svetla optickým hranolom vzniká sústava farebných pruhov, čo nazývame spektrum. V ňom vždy nasledujú farby: červená, oranžová, žltá, zelená, modrá, indigová a fialová. Pokusom podľa obrázka sa presvedčíme, že spektrálna farba sa ďalším hranolom H2 už nerozkladá. Keď z bieleho svetla vzniklo svetlo spektrálne sfarbené, potom to musí platiť aj opačne. Z pokusov vyplýva, že biele svetlo je zmesou jednoduchých spektrálnych svetiel, teda zmesou vlnení s rozličnými frekvenciami.

Monofrekvenčné svetlo je svetlo s jednou frekvenciou. Takéto svetlo neexistuje, najviac sa mu približuje laserové. Vzhľadom na to, že frekvencia vlnenia sa nemení, platí l = l₀/n – l₀ vlnová dĺžka vo vákuu. Závislosť indexu lomu od frekvencie sa nazýva disperzná krivka.

Interferencia svetla - skladanie vlnení(napr. mydlové bubliny, olej na vode). - musia mať vlnenia rovnakú frekvenciu a stály s časom sa nemení fázový rozdiel- takéto vlnenia sú koherentné.

Svetelné vlnenie pri odraze na opticky hustejšom prostredí zmení fázu na opačnú, fázový rozdiel je l/2.

Dráhový rozdiel - l

Dl = 2nd + -

Najväčšie zosilnenie (maximum) svetla v odrazenom svetle nastane v miestach, pre ktoré platí, že dráhový rozdiel sa rovná: l l

2nd + - = 2k-

2 2

Najväčšie zoslabenie (minimum) svetla v odrazenom svetle nastane v miestach , pre ktoré platí, že dráhový rozdiel sa rovná: l l

2nd + - = (2k+1)-

2 2

V daných vzťahoch k= 1,2,3 ... určuje rád interferenčného maxima(minima).

Optická dráha l - vzdialenosť, ktorú by svetlo prešlo vo vákuum za rovnaký čas, aby by prešlo v danom prostredí. l = ns

POUŽITIE INTERFERENCIE SVETLA

1.Meranie vlnovej dĺžky svetla Newtonovými sklami

Keď na sklenú platňu položíme ploskovypuklú šošovku a vznikne sústava skiel.

Platí: 2r_k²

l = ---------

R(2k-1)

2.Kontrola rovinných a gulových plôch

Vyrobenú šošovku prikladáme ku kalibru zo skla, ktorý má presnú krivosť, čim sa medzi oboma sklami utvorí tenká vzduchová vrstva, na ktorej vznikne interferenčný obraz. Čím je lepšia zhoda, tým je prúžkov menej a sú širšie.

3.Protiodrazové vrstvy

Objektívy prístrojov sa skladajú z veľkého počtu optických skiel. Pri kolmom dopade svetla na povrch skla sa odráža 5 až 9 % svetla. Aby sa týmto stratám zabránilo, pokrývajú sa plochy optických skiel tenkou planparelelnou vrstvou z priehľadnej látky s menším indexom lomu ako index lomu skla.

OHYB SVETLA NA PREKÁŽKACH

Ohyb vlnenia (difrakcia) - je, ak prekážka zamedzí v ďalšom postupe len časť vlnoplochy, elementárne vlnenia sa dostanú aj do geometrického tieňa prekážky. Jav sa stáva výrazným, ak rozmery prekážok sú porovnateľné s vlnovou dĺžkou. Keďže svetlo má veľmi krátke vlnové dĺžky, ohybové javy sú zreteľné pozorované pri úzkych štrbinách a malých otvoroch.

Ohyb svetla na štrbine - druhá štrbina má nastaviteľný otvor - ak ho budeme zmenšovať, zistíme, že v oblasti geometrického tieňa sa objavia svetlé prúžky. Pri zmenšovaní šírky štrbiny sa svetlé prúžky od stredného prúžka vzďaľujú. Podobne je to aj na vlase.

Ohyb svetla na kruhovom otvore - pozorujeme analogické ohybové javy ako pri predchádzajúcich pokusoch, ale kruhového tvaru.

Pri všetkých ohybových javoch sa v tmavých miestach svetlo zoslabuje, v svetlých zosilňuje - teda svetelné vlnenia po ohybe na prekážke interferujú. O tom ako rozhoduje dráhový rozdiel interferujúcich vlnení.

Rozlišovacia medza mikroskopu - je najmenšia vzdialenosť y dvoch bodov, ktoré mikroskopom vidíme ako oddelené. Rozlišovacia schopnosť mikroskopu - sa rovná prevrátenej hodnote rozlišovacej medze.

OHYB SVETLA NA DVOJŠTRBINE A OPTICKEJ MRIEŽKE

Keďže vlnenia v štrbinách sú dôsledkom jedného dopadajúceho vlnenia, budú vlnenia z každého bodu štrbiny koherentné. Koherentné vlnenia postupujú od oboch štrbín vo všetkých smeroch - nastáva ohyb a súčastne interferencia svetla.

Platí: Dx

sin a = --

Optická mriežka - sústava zložená z veľkého počtu dvojštrbín, ktoré sú navzájom v rovnakej vzdialenosti. Vzdialenosť stredov dvoch susedných štrbín je mriežková konštanta. Pri monofrekvenčnom svetle vznikne v strede najintenzívnejší svetlý pruh a po oboch stranách sú ostré svetlé pruhy, medzi ktorými sú široké tmavé pruhy. V bielom svetle vzniká v strede biely pruh a po oboch stranách - mriežkové spektrá.

POLARIZOVANÉ SVETLO

Polarizácia - dej, ktorý vzniká iba pri priečnom vlnení na štrbine P. Spôsobuje ho polarizátor P. Polarizátor P z dopadajúcich priečnych vlnení kmitajúcich v rôznych smeroch - nepolarizované vlnenie - prepúštá ďalej iba vlnenia, ktoré kmitajú v jednom smere - vzniká polarizované vlnenie.

Druhá štrbina má funkciu analyzátora, lebo pri jej otáčaní okolo osi zistíme, či je vlnenie priečne, prípadne aj smer, v ktorom kmitá.

Svetlo je priečne elektromagnetické vlnenie, v ktorom kmitá vektor intenzity elektrického poľa E kolmo na smer postupu vlnenia. Prirodzené svetlo je nepolarizované. Svetlo, v ktorom vektor E kmitá kolmo na smer postupu v jednej rovine preloženej smerom postupu, je lineárne polarizované.

POLARIZÁCIA SVETLA ODRAZOM A LOMOM. DVOJLOM

1.Polarizácia svetla odrazom a lomom

Ak na sklenú platňu necháme dopadať svetlo pod uhlom a_B=57°, zistíme že svetlo sa lineárne polarizuje. Získame svetlo, v ktorom vektor E kmitá kolmo na dopadovú rovinu(rovnobežne s rovinou rozhrania). Úplné polarizované svetlo je pri uhle a_B, ktorý sa nazýva Brewsterov uhol. Keď svetlo dopadá pod iným uhlom, odrazené svetlo je čiastočne polarizované. Lomom sa svetlo čiastočne polarizuje.

2.Polarizácia svetla dvojlomom

Izotropné prostredie - rýchlosť svetla je vo všetkých smeroch rovnaká (plyny, väčšina kvapalín, kryštály kockovej sústavy).

Anizotropné opticky sú kryštály všetkých ostatných sústav. Jedna zo základných optických vlastností anizotropných kryštálov je dvojlom. Je napríklad u islandského vápenca.

Lúč r spĺňa zákon lomu, preto sa nazýva riadny lúč, lúč m nespĺňa zákon lomu, preto sa nazýva mimoriadny lúč. Riadny a mimoriadny lúč získaný dvojlomom islandským vápencom sú úplne lineárne polarizované. Vhodnou úpravou islandského vápenca dostaneme najlepší polarizátor, nazývaný nikol.

3.Polarizácia svetla polaroidom

V súčasnosti sa v technickej praxi viac používa polaroid, ktorý sa môže vyrábať vo väčších plochách a jej lacnejší ako nikol.

4. Polarizácia svetla polarizačnými filtrami

Je to fólia z plastu, ktorá obsahuje dlhé makromolekuly. Při výrobe filtra sa natiahnutím fólie usporiadajú paralelne v jednom smere. Vychádza z nej mimoriadne polarizované svetlo.

VYUŽITIE POLARIZÁCIE SVETLA

1.Polarimeter - skúma niektoré vlastnosti priehľadných látok. Jeho základnou časťou je polarizátor a analyzátor, z ktorých polarizátor je pevný a analyzátor otáčavý okolo osi prístroja. Medzi ne sa vkladá skúmaná látka.

2.Opticky aktívne látky - ak majú látky schopnosť otáčať kmitavú rovinu polarizovaného svetla, nazývame ich opticky aktívne látky a jav rotačná polarizácia. Sú pravotočivé a ľavotočivé. Jav rotačnej polarizácie sa využíva pri meraní koncentrácie, napr. cukrov, bielkovín, olejov v roztoku.

3.Skúmanie rozloženia mechanického napätia - fotopružnosť. Niektoré izotropné látky(plexisklo, celuloid, igelit) sa skladá z vzájomne neusporiadaných molekúl. Ak ju namáhame, na miestach silne namáhaných vznikne osvetlenie, čím dostaneme obrazec rozloženia mechanického napätia.

4.Odstránenie rušivého vplyvu svetla. Svetlo, ktoré sa odráža na optických rozhraniach sa čiastočne polarizuje. Odrazené polarizované svetlo môžeme ľahko odstrániť, alebo čiastočne potlačiť pomocou vhodne orientovaného analyzátora.