1

1

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

1

T: Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła

OPTYKA GEOMETRYCZNA

Zjawisko odbicia i rozproszenia

ś

wiatła (prawo odbicia)

Zwierciadło płaskie

Zwierciadło kuliste – wkl

ę

słe i wypukłe (powstawanie obrazów)

2

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

2

1. Optyka geometryczna

W o

ś

rodkach jednorodnych (np. w pró

ż

ni)

ś

wiatło porusza si

ę

po liniach

prostych.

Je

ż

eli

ś

wiatło napotyka na swej drodze przedmiot wówczas odbija si

ę

od niego.

Je

ż

eli

ś

wiatło na swej drodze napotyka ciało nieprzezroczyste, na ekranie powstaje cie

ń

tego ciała.

OPTYKA – jest nauk

ą

o

ś

wietle (z greckiego optikos – wzrokowy)

Optyka geometryczna – zajmuje si

ę

rozchodzeniem si

ę

promieni

ś

wietlnych w

o

ś

rodkach jednorodnych

2

3

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

3

2. Odbicie

ś

wiatła

α

O

Promień odbity

Promień padający

N

K

ą

t padania

(

α

) jest to k

ą

t zawarty mi

ę

dzy promieniem padaj

ą

cym a

prost

ą

prostopadł

ą

(N - normalna) do powierzchni odbijaj

ą

cej w punkcie

padania (O).

„

K

ą

t odbicia jest równy k

ą

towi padania.

Promie

ń

padaj

ą

cy, promie

ń

odbity i

prostopadła do powierzchni
odbijaj

ą

cej przechodz

ą

ca przez

punkt padania le

żą

w jednej

płaszczy

ź

nie”

α

’

Prawo odbicia

ś

wiatła

α

α

=

'

Prawo odbicia

ś

wiatła

α

α

=

'

4

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

4

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/com
mons/d/dc/Teljes_f%C3%A9nyvisszaver%
C5%91d%C3%A9s.jpg

3

5

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

5

2. Odbicie

ś

wiatła c.d.

Prawo odbicia

ś

wiatła jest spełnione zawsze – jednak nie wszystkie

powierzchnie s

ą

gładkie wi

ę

c równoległa wi

ą

zka promieni padaj

ą

cych

obija si

ę

pod ró

ż

nymi k

ą

tami (rozproszenie

ś

wiatła)

Przedmioty, które nie s

ą

ź

ródłami

ś

wiatła,

widzimy dlatego,

ż

e padaj

ą

ce na nie

ś

wiatło

zostaje rozproszone i cz

ęść

promieni

ś

wietlnych dociera do naszych oczu.

Podczas rozproszenia

prawo odbicia jest zachowane

.

6

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

6

3. Zwierciadła

Zwierciadła

to ciała o gładkich

(wypolerowanych)
powierzchniach odbijaj

ą

ce

ś

wiatło

Ze wzgl

ę

du na kształt zwierciadła

dzielimy na:

a) Płaskie

b) Kuliste (wkl

ę

słe i wypukłe)

3.1. Zwierciadła płaskie

W

zwierciadłach

płaskich

powierzchnia

odbijaj

ą

ca

jest

płaska.

Zwierciadła te nie zniekształcaj

ą

obrazu i nie zmieniaj

ą

jego wielko

ś

ci.

A, AB – przedmiot

x – odległo

ść

przedmiotu

A’, A’B’ – obraz przedmiotu

y – odległo

ść

obrazu

Powstały obraz jest

pozorny i symetryczny

wzgl

ę

dem powierzchni
zwierciadła

Konstrukcja punktu A

Konstrukcja odcinka AB

4

7

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

7

3.2. Zwierciadła kuliste

Zwierciadła, których powierzchnia jest cz

ęś

ci

ą

powierzchni kuli, nazywa si

ę

zwierciadłami kulistymi

•

Zwierciadło wkl

ę

słe – gdy promienie

ś

wiatła padaj

ą

na wewn

ę

trzn

ą

powierzchni

ę

kuli,

•

Zwierciadło wypukłe – gdy promienie

ś

wiatła padaj

ą

na zewn

ę

trzn

ą

powierzchni

ę

kuli.

Ka

ż

de zwierciadło kuliste posiada:

Ś

rodek krzywizny (S),

Promie

ń

krzywizny (r),

O

ś

główn

ą

(optyczn

ą

).

8

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

8

3.2A Zwierciadło kuliste wkl

ę

słe

Promienie padaj

ą

ce na powierzchnie zwierciadła

równolegle do osi optycznej, po odbiciu od jego

powierzchni przecinaj

ą

si

ę

w jednym punkcie F

(ognisko)

Zastosowanie zwierciadła wkl

ę

słego w

latarce (reflektorze).

Ź

ródło

ś

wiatła

umieszczone w punkcie F

SF – ogniskowa zwierciadła (f)
SF = OF

y

x

f

1

1

1

+

=

S

S

Równanie zwierciadła

2

r

f

=

5

9

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

9

3.2A Zwierciadło kuliste wkl

ę

słe – powstawanie obrazu

Cechy obrazu
- rzeczywisty,
- odwrócony,
- pomniejszony.

Odległo

ść

przedmiotu od zwierciadła

oznaczamy jako „x”

Przedmiot został umieszczony za

punktem O wi

ę

c

Przedmiot na rysunku został oznaczony

jako strzałka o pocz

ą

tku A i ko

ń

cu B.

Odcinek AB jest wysoko

ś

ci

ą

przedmiotu

i oznaczamy jako h

1

.

1) x > 2f

Po wykonaniu konstrukcji (poprowadzeniu przynajmniej

dwóch promieni z wierzchołka B przedmiotu) uzyskali

ś

my

punkt B’, który jest wierzchołkiem obrazu A’B’ (h

2

).

Powi

ę

kszenie wyznaczamy poprzez

a)

Porównanie wysoko

ś

ci odcinków

b)

Porównanie odległo

ś

ci obrazu i przedmiotu

x

y

p

=

1

2

h

h

p

=

10

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

10

3.2A Zwierciadło kuliste wkl

ę

słe – powstawanie obrazu c.d.

Cechy obrazu: rzeczywisty, odwrócony,
rozmiar normalny.

Przedmiot został umieszczony w

punkcie O, wi

ę

c

Po wykonaniu konstrukcji, widzimy,

ż

e

odcinek A’B’ = AB, wi

ę

c p =1

Przedmiot został umieszczony w

punkcie O, wi

ę

c

2) x = 2f

Przedmiot został umieszczony przed

punktem O ale za F, wi

ę

c

3) f < x < 2f

Cechy obrazu
- rzeczywisty,
- odwrócony,
- powi

ę

kszony.

6

11

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

11

3.2A Zwierciadło kuliste wkl

ę

słe – powstawanie obrazu c.d.

Je

ś

li ciało umie

ś

cimy w ogniskowej, nie zostanie utworzony

ż

aden obraz.

4) x < f

Cechy obrazu
- pozorny,
- prosty (nieodwrócony),
- powi

ę

kszony.

Ostatni

ą

mo

ż

liwo

ś

ci

ą

jest umieszczenie przedmiotu mi

ę

dzy ogniskiem a

zwierciadłem

12

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

12

3.2B Zwierciadło kuliste wypukłe

Zwierciadło kuliste wypukłe posiada ognisko pozorne. Wi

ą

zka promieni

równoległych do osi głównej po odbiciu od powierzchni zwierciadła staje si

ę

wi

ą

zk

ą

promieni rozbie

ż

nych.

Przykłady zastosowania zwierciadła wypukłego:

- lusterka wsteczne w samochodach,

- lustra na skrzy

ż

owaniach

- bombka choinkowa

7

13

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

13

14

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

14

8

15

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

15

4. Zjawisko załamania

ś

wiatła

Zasada FERMATA (1650 r.)

16

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

16

Efekt załamania fali wynika z
ró

ż

nych pr

ę

dko

ś

ci rozchodzenia

si

ę

jej w ró

ż

nych o

ś

rodkach

9

17

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

17

18

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

18

10

19

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

19

Współczynnik załamania

ś

wiatła

Bezwzgl

ę

dny współczynnik załamania: stała wielko

ść

wyra

ż

aj

ą

ca stosunek pr

ę

dko

ś

ci

ś

wiatła w pró

ż

ni c do

pr

ę

dko

ś

ci

ś

wiatła w danym o

ś

rodku v:

Wzgl

ę

dny współczynnik załamania

ś

wiatła: stała wielko

ść

wyra

ż

aj

ą

ca stosunek pr

ę

dko

ś

ci

ś

wiatła w jednym o

ś

rodku do

pr

ę

dko

ś

ci

ś

wiatła w drugim o

ś

rodku:

20

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

20

5. Całkowite wewn

ę

trzne odbicie

11

21

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

21

22

OPTYKA GEOMETRYCZNA

T01 – Zjawisko odbicia i załamania

ś

wiatła



robert.szczotka(at)gmail.com

Fizyka i astronomia, 2012/2013

22