SREDNJOKOLSKI CENTAR GEMIT

SEMINARSKI RAD IZ FIZIKEGeometrijska optika

Profesor: Uenik:Milo Ivanovi Vesna Banovi Banja Luka, Maj 2015.

SADRAJ:

Uvod

FIZIKA OPTIKA1. Interferencija svjetlosti.....................................................................42. Difrakcija svjetlosti..........................................................................73. Polarizacija vjetlosti.......................................................................10

KVANTNA OPTIKA4. Fotoelektrini efekat......................................................................125. Komptonov efekat..........................................................................16

UVOD:

OPTIKA je grana fizike koja prouava svjetlost i osobine svjetlosti, optike instrumente,sredstva za poboljanje vida (optika soiva), ogledala kao i talasnu prirodu svjetlosti.Dijeli se na fizikalnu i optu geometrijsku.Fizikalna optika se primarno bavi prirodom i osobinama same svjetlosti.Geometrijska optika se bavi principima koji omoguavaju stvaranje likova i slike preko soiva, ogledala, prizmi i drugih instrumenata koji koriste svjetlost.Geometrijska optika zasniva se prvenstveno na zakonima i teorijama geometrije posle usvojenih apstrakcija i aproksimacija, ali osim toga i na fizikim zakonima od kojih su najvanija sledea etiri:1.Zakon pravolinijskog prostiranja svjetlosti2.Zakon meusobne nezavisnosti prostiranja svjetlosnih zraka3.Zakon odbijanja svjetlosti4.Zakon prelamanja svjetlosti.U ovom radu e biti obraena pojava odbijanja svjetlosti od sfernih povrina, tj. sfernih ogledala.

INTERFERENCIJA SVJETLOSTI

Sve to je reeno o interferenciji kod talasnog gibanja vai i za svjetlosne talase. Na osnovi tih razmatranja trebalo bi oekivati da se pri osvjetljivanju neke povrine, istovremeno s nekoliko svjetlosnih izvora, kao rezultat interferencije na njoj pojavi interferencija slika s karakteristinim svijetlim i tamnim poljima. Meutim, eksperimenti i svakidanje iskustvo ukazuju na to da do te pojave ne dolazi. To se objanjava injenicom da se interferencija kod svjetlosti moe ostvariti samo pod posebnim uslovima i s koherentnim svjetlosnim izvorima. Dva ili vie razliitih prirodnih svjetlosnih izvora nikada ne mogu dati koherentnu svjetlost. To e biti lako razumljivo ako se podsjetimo da je svjetlosni talas rezultat kvantnih procesa u atomima od kojih je izvor izgraen. Zraenje jednog atoma traje oko 10 8 s. Istovremeno zrai vie atoma, a ta zraenja se slau u jedinstven svjetlosni talas. Svaka druga kombinacija atoma i njihovih reakcija daje drugi svjetlosni talas. Zato je praktino nemogue dobiti dva stvarna koherentna svjetlosna izvora. Postoji niz postupaka za umjetno dobivanje koherentnih izvora. Najjednostavniji postupak prikazan je na slici 1. Koherentni svjetlosni talasi (1) i (2), polazei od takastog izvora S, razliitim putevima dolaze na isto mjesto u taku P. Izgleda kao da je talas (2) doao iz izvora S' koji predstavlja lik izvora S u ogledalu 0.

Slika 1.Postupak za dobivanje koherentnih talasaNeka je geometrijska duina prijeenih puteva od izvora S do take P zraka (1) i (2) respektivno r1 i r2 zbog putne razlike r = r2 r1 zrake stiu u taku P s izvjesnom faznom razlikom. U taki P ispunjeni su opti uslovi za ostvarivanje interferencije: za = n uz n = 0, 1, 2,, maksimalno pojaanje, a za =(2n+1)/2 uz n=0, 1, 2,, maksimalno slabljenje osvjetljenja take PFresnel je predloio da se kao koherentni izvori koriste dva lika jednoga stvarnoga svjetlosnog izvora dobivena u sva ravna ogledala. ema Fresnelova ogleda dana slici 2., gdje su 01 i 02 dva ravna ogledala postavljena pod uglom , a S izvor svjetlosti. Likove S1 i S2 svjetlosnog izvora s u ogledalima 01 i 02 dobivamo po pravilu konstrukcije lika zadanog predmeta u ravnom ogledalu. Ti likovi djeluju kao dva samostalna koherentna svjetlosna izvora iz kojih se ire dva snopa zraka. Te zrake se susreu i ukrtaju u oblasti 0AB, pa e na tim mjestima doi do njihove interferencije. Ako se izvor svjetlosti S uzme u obliku uske pukotine, na zaklonu z, kao rezultat interferencije pojavit e se svijetle i tamne pruge. Oznaimo sa d udaljenost izvora S1 i S2 , a njihovu udaljenost od zaklona sa l (slika 2.)Udaljenost izmeu prvih interferentnih pruga neka je BB1 = x. Puteve koji zrake prijeu od izvora S1 i S2 do take B obiljeimo sa r1 i r2. Putna razlika r = r2 r1 ovih zraka dobiva se ako se iz take B opie luk poluprenika r1, on sijee zraku S2B u taki N. Putna razlika tih dvaju talasa je = S2N. Prema tome, u taki B pojavit e se tamna interferentna pruga samo onda ako je S2N=Iz pravouglih trouglova S1BC i S2BD na osnovi Pitagorine teoreme moemo pisati r12=l2+( - )2r22=l2+( + )2

Oduzimanjem tih jednaina i sreivanjem dobiva se(r1+r2)(r1-r2)=dx

Slika 2. ema Fresnelova eksperimenta

Kako je udaljenost AB vrlo mala u odnosu na duinu 1, moemo priblino uzeti da je r1 = r2 = 1, to znai da je r1 + r2 = 21, a kako je (r2 r1) = /2, uvrtavanjem tih vrijednosti dobiva se =Na osnovi poznatih vrijednosti d, l i x moe se izraunati talasna duina za svjetlosne zrake razliitih boja.

PRIMJENA INTERFERENCIJE

Interferencija svjetlosti ima vane primjene u nauci i tehnici, kao to je odreivanje talasnih duina svjetlosti, tano odreivanje malih uglova i duina, ispitivanje kvaliteta obrade povrina, odreivanje indeksa loma, ispitivanje strukture spektralnih linija i slino. Ureaji, koji rade na principu interferencije koherentne svjetlosti, nazivaju se interferometri. Oni su razliitih konstrukcija, prema vrsti namjene.

DIFRAKCIJA SVJETLOSTI

Pojava interferencije svjetlosti posluila je kao uvjerljiv dokaz talasne prirodne svjetlosti. Meutim, definitivna pobjeda talasnih shvatanja bila je nemogua bez tumaenja fundamentalnog i pokusno potvrenog zakona pravolinijskog irenja svjetlosti. Huygensov princip omoguava da se objasne pojave refleksije i refrakcije svjetlosti, meutim pojavu pravolinijskog irenja svjetlosti u biti ne rjeava jer on nije postavljen u vezi s pojmom odstupanja od pravolinijkog pravca tj. sa pojavom difrakcije. Huygensov princip u svom prvobitnom obliku bio je princip ije je podruje primjena bila oblast geometrijske optike. On se odnosio na sluajeve kada su postojale talasne duine beskonano male u odnosu na dimenzije talasne fronte. Zato je omoguavao da se rijee samo zadaci o pravcu irenja svjetlosnog talasnog fronta, a nije zalazio u probleme intenziteta talasa koji se gibaju u raznim pravcima. Taj nedostatak je upotpunio Fresnel koji je Huygensovom principu dao fizikalni smisao dopunivi ga idejom o interferenciji talasa. Zahvaljujui tome ovojna povrina elementarnih talasa koju je Huygens uveo isto formalno dobila je jasan fizikalni sadraj kao povrina na kojoj, zbog uzajamne interferencije elementarnih talasa, rezultirajui talas ima znatan intenzitet. Ako izmeu zastora A i izvora S koji ga osvjetljava, stavimo drugi zastor B s otvorom na zastoru A e se pojaviti svijetli lik ogranien tamnim poljem (slika 3)

Slika 3.Formiranje lika pomou zastora

Granicu tamne sjene moemo nai geometrijskim putem pretpostavljajui da se svjetlost iri pravolinijski. Meutim, tanijim promatranjem pokazuje se da tamna granica nije otra to je naroito primjeti u sluaju d