OPTYCZNE WA
ASNOÅšCI MATERII
I. Optyczne własności gazów:
a) Błękitne niebo - błękitny kolor nieba powstaje, jako skutek rozproszenia światła słonecznego na
niejednorodnościach atmosfery. Ponieważ silniej rozprasza sie światło niebieskie niż czerwone
(współczynnik rozproszenia rośnie, gdy długość fali maleje) widzimy niebo o kolorze błękitnym.
b) Zmiana obserwowanej barwy Słońca wynikająca ze zmiany położenia (wysokości) Słońca na
niebie - gdy Słońce znajduje się nisko nad horyzontem widzimy je, jako czerwone. Im wyżej nad
horyzontem znajduje się Słońce, tym mniejszy jest ubytek fal o mniejszych długościach fal i Słońce
widzimy, jako pomarańczowe a potem żółte.
c) Miraże - gęstość powietrza a więc również jego współczynnik załamania zależą od temperatury.
W wyniku ogrzewania powietrza może się zdarzyć, że współczynnik załamania tuż nad powierzchnią ziemi
staje się mniejszy niż na pewnej wysokości. Wówczas promienie padające od przedmiotów pod znacznymi
katami mogą ulec zakrzywieniu na tyle, że trafiają do oczu obserwatora, wywołując złudzenie zwane
mirażem.
OPTYCZNE WA
ASNOÅšCI MATERII
d) Refrakcja światła - ciała niebieskie widzimy na niebie nieco wyżej niż widzielibyśmy wówczas
gdyby nie było atmosfery. Tłumaczmy to tym, iż gęstość powietrza maleje wraz z wysokością, a więc
współczynnik załamania też maleje z wysokością, jest to przyczyną faktu, że promienie świetlne
przechodząc przez atmosferę się zakrzywiają. W wyższych warstwach atmosfery powietrze ma mniejszą
gęstość i znacznie słabiej załamuje światło niż w warstwach blisko Ziemi, na skutek, czego, promień
świetlny zakrzywia się i gwiazdę widzimy wyżej nad horyzontem, niż jest położona w rzeczywistości. W
dalekich od Ziemi warstwach atmosfery promień świetlny załamuje się słabiej niż przy przechodzeniu przez
gęstsze warstwy znajdujące się w pobliżu Ziemi. Zakrzywienie jest tym większe, im bliżej horyzontu
znajduje się świecące ciało niebieskie. Nie występuje ono dla ciał znajdujących się w zenicie.
Nasz mózg zakłada, że światło rozchodzi się po linii prostej, czyli widzimy gwiazdę nie tam, gdzie znajduje
siÄ™ naprawdÄ™.
II. Optyczne własności cieczy:
a) Niebieska barwa czystej wody - światło biegnące w głąb wody ulega rozproszeniu. Pewna część
tego światła wydostaje się na powierzchnię wody. Światło, które po rozproszeniu pod wodą wraca na jej
powierzchnię decyduje o odbieranej przez nas barwie wody zwłaszcza jej dużych zbiorników jezior czy
mórz. Światło wracając ponad powierzchnię przybiera barwę zielonkawo-niebieską. Nie wszystkie morza
mają taką barwę, gdyż zależy ona także od ilości rodzaju substancji rozpuszczonych w danym morzu.
Zabarwienie morza zmienia się także pod wpływem falowania wody. Kiedy toń wody w morzu jest
spokojna, ilość światła dochodzącego spod wody jest o wiele mniejsza od ilości światła odbitego od jej
powierzchni, a wiec barwa morza zależy w tym wypadku od zabarwienia nieba. Gdy morze faluje, do
obserwatora dociera więcej światła rozproszonego pod wodą, zatem woda w morzu będzie przyjmować
barwę zielona, błękitną, itp.
OPTYCZNE WA
ASNOÅšCI MATERII
III. Optyczne własności ciał stałych:
a) Ciała stałe przezroczyste - szkło, kwarc, podobnie rozpraszają i pochłaniają światło. Niezbyt
grube warstwy szkła lub kwarcu są przezroczyste dla wszystkich długości fal stanowiących światło
widzialne, ponieważ żadna długość fali nie jest przez szkło szczególnie silnie pochłaniana.
b) Rubin - jest czerwony, gdyż wszystkie inne długości fal przechodzących przez rubin zostają
pochłonięte przez atomy jego sieci krystalicznej.
c) Ciała stałe będące przewodnikami (np. miedz
) - są nieprzezroczyste, jako że elektrony
swobodne znajdujące się w sieci krystalicznej oraz atomy tworzące strukturę krystaliczną przewodników
pochłaniają wszystkie długości padających na nie fal świetlnych.
d) Kryształy dwójłomne - przykładem kryształu dwójłomnego jest kalcyt. Promień światła
niespolaryzowanego, padajÄ…cy na powierzchniÄ™ kalcytu, rozszczepia siÄ™ na dwa promienie spolaryzowane:
zwyczajny i nadzwyczajny.
Schematyczne przedstawienie przejście światła przez kryształ dwójłomny
Płaszczyzny polaryzacji tych promieni są do siebie prostopadłe. Promień zwyczajny spełnia prawo
załamania. Promień nadzwyczajny nie spełnia prawa załamania, gdyż współczynnik załamania kryształu dla
tego promienia zależy od kierunku rozchodzenia się tego światła w krysztale.
Jednym z takich kryształów jest szpat islandzki. Oglądany przez taki kryształ napis  Zamkor widzimy
podwójnie. Jeden obraz tworzy promienie zwyczajne, drugi nadzwyczajne (rys.).
OPTYCZNE WA
ASNOÅšCI MATERII
e) Ciekłe kryształy - substancje będące cieczami, lecz zachowujące porządek molekularny
charakterystyczny dla kryształów. Ciekłymi kryształami mogą być ciecze złożone z wydłużonych
czÄ…steczek organicznych. W dostatecznie niskiej temperaturze (np. poniżej 50°C) czÄ…steczki te, w wyniku
oddziaływania między sobą, ustawiają się równolegle wzdłuż swoich dłuższych osi. Ciekłe kryształy czasem
tworzą struktury spiralne, co powoduje, że mogą skręcać płaszczyznę polaryzacji przechodzącego przez nie
światła. Kierunek uporządkowania cząsteczek ciekłego kryształu możemy narzucić, umieszczając go w polu
elektrycznym. Kontrolując ułożenie cząsteczek, sterujemy własnościami optycznymi ciekłego kryształu.
Zjawisko to wykorzystuje się do budowy przełączników optycznych. Ciekły kryształ jest umieszczony
pomiÄ™dzy dwoma polaryzatorami. Polaryzatory sÄ… ustawione pod kÄ…tem 90° w stosunku do siebie. W
ciekłym krysztale nastąpi skręcenie płaszczyzny polaryzacji i światło będzie przechodziło przez drugi
polaryzator. Kiedy zostanie włączone napięcie, skręcenie zaniknie i światło nie będzie przechodziło.
Przełączniki optyczne są jednymi z elementów kolorowego wyświetlacza ciekłokrystalicznego, służącego
do budowy płaskich ekranów używanych na przykład w notebookach. Cała powierzchnia takiego
wyświetlacza podzielona jest na ogromną ilość pikseli. W skład każdego piksela wchodzą trzy przełączniki
optyczne odpowiedzialne za barwy czerwoną, zieloną i niebieską. Światło oświetlające ekran przechodzi
przez polaryzator. Następnie, spolaryzowane liniowo, pada na warstwę ciekłego kryształu, który skręca jego
płaszczyznę polaryzacji. Potem pada na barwny filtr. Jeżeli światło noszące każdą z barw podstawowych, po
przejsciu przez filtry ma jednakową intensywność to dany punkt na ekranie widzimy, jako biały. Jeżeli
spowodujemy, że w świetle padającym na filtr niebieski nie nastąpi skręcenie płaszczyzny polaryzacji, to po
nałożeniu się barwy zielonej i czerwonej otrzymamy na ekranie punkt świecący na żółto itp. Dobierając
odpowiednią intensywność świecenia tych barw, możemy otrzymać na ekranie punkt o dowolnym kolorze.