Temat 6. Wyznaczenie współczynnika załamania światła

W ośrodku optycznie jednorodnym światło rozchodzi się prostoliniowo, a więc najkrótsza draga między dwoma rozważanymi punktami. Podczas przechodzenia z jednego ośrodka do innego światło załamuje się, odbija na granicy ośrodków i tor jego staje się łamany. W ośrodkach niejednorodnych, gdzie współczynnik załamania światła zmienia się w sposób ciągły, promień światła zakreśla linie krzywe.

Według zasady Fermata światło rozchodzi się wzdłuż takich linii, dla których droga optyczna jest ekstremalna, to znaczy minimalna bądź maksymalna ze wszystkich możliwych.

$$n_{2,1} = \frac{n_{2}}{n_{1}} = sin\alpha_{g}$$

n_2, 1 - względny współczynnik załamania ośrodka drugiego względem pierwszego

n₁ – bezwzględny wpsółczynnik załamania ośrodka pierwszego

n₂ - bezwzględny wpsółczynnik załamania ośrodka drugiego

α_g- wartość kąta granicznego

Zadanie 20A: Wyznaczyć współczynnik załamania światła przez bezpośredni pomiar kąta padania i kąta załamania.

Korzystając z wyrażenia sinα/sinβ=n_2, 1 można wyznaczyć względny współczynnik załamania dla danych dwóćh ośrodków mierząc bezpośrednio kąt padania alfa i kąt załamania beta.

Przebieg ćwiczenia:

1. Umieścić płytkę badanego materiału na stoliku optycznym

2. Skierować na badaną płytkę wąską wiązkę światła

3. Określić wartość uchybów Δα Δβ

4. Obliczyć błędy względne pomiarów według wzoru:

Δα=1=0,017453 rad

Δβ=1=0,017453 rad

Tabela wyników:

α[]	β[]	α [rad]	β [rad]	sinα	sinβ	n	Błąd [%]
10	15	0,17453	0,261795	0,173645	0,2588148	1,48	29,8
20	27	0,34906	0,471231	0,342015	0,4539835	1,48	13
30	47	0,52359	0,820291	0,499992	0,7313443	1,48	8,4
40	56	0,69812	0,977368	0,642779	0,8290284	1,48	6
50	53	0,87265	0,925009	0,766035	0,7986262	1,48	4,5
60	65	1,04718	1,134445	0,866017	0,9062998	1,48	3,5
70	75	1,22171	1,308975	0,939686	0,9659201	1,48	2,7
80	85	1,39624	1,483505	0,984804	0,9961925	1,48	2,4

Zadanie 20D: Wyznaczanie współczynnika załamania światła przy pomiarze kąta granicznego.

Wyznaczanie wsp. Załamania światła poprzez pomiar kąta granicznego α

Przebieg ćwiczenia:

1. Na stoliku optycznym umieszczono badany materiał i skierowano nań wiązkę światła.

2. Zmieniamy kąt padania promieni do momentu, aż uzyskano kąt graniczny.

Tabela pomiarowa:

Lp.	α	β	n21	błąd
[n]	[]	[]		[%]
1	10	15	1,48	19,7
2	20	27	1,48	4,7
3	30	47	1,48	2,6
4	40	76	1,48	1,4
5	42	90	1,48	1,1

Wnioski:

Doświadczenie przeprowadzone było w specjalnie przystosowanym laboratorium. Mogę jednak powstać pewne błędy wyników, wynikającego z rozbieżności pewnych zjawisk.

W ćwiczeniu drugim, załamie się wiązki światła pod kątem prostym do normalnej, powierzchni granicznej, jest trudne do ustalenia i przeprowadzając doświadczenie trzeba było ustalić, w którym momencie, wiązka załamuje się pod kątem prostym. Utrudnieniem, także był fakt, iż wiązka nie była idealnie punktowa, lecz jej średnica dość znacznie rozszerzała się wraz ze zwiększaniem się jej długości. Było to przyczyną kłopotów z jednoznacznym określeniem kątów padania, załamania oraz granicznego.