Imię i nazwisko: Gozdur Sławomir Grupa R2IS1

Zespół: 6

Data: 20.10.2007

Ćwiczenie nr 51: Współczynnik załamania światła dla ciał stałych

Zad 1. Prawo Odbicia

Odbicie światła

Jest to zjawisko zmiany kierunku rozprzestrzeniania się promieni świetlnych zachodzące na granicy dwóch ośrodków, przy czym gdy co najmniej jeden z nich jest przezroczysty.

Światło padające na granicę dwóch ośrodków może ulec odbiciu. Dzieje się tak bardzo często, przy czym dodatkowo część wiązki świetlnej może dodatkowo ulegać załamaniu.

Odbiciem rządzi dość proste prawo zwane prawem odbicia.

Prawo odbicia światła

β = α

Kąt odbicia równy jest kątowi padania.

Kąty - padania i odbicia leżą w jednej płaszczyźnie.

Promień odbity pozostaje w tym samym ośrodku, w jakim znajdował się promień padający, oba promienie (padający i odbity) należą do jednej płaszczyzny prostopadłej do powierzchni odbijającej, kąty zawarte w tej płaszczyźnie pomiędzy normalną do powierzchni a kierunkami obu promieni są sobie równe.

Typowe, najbardziej nam znane odbicie zachodzi wtedy, gdy drugi ośrodek jest w ogóle nieprzepuszczalny dla światła. Jeżeli dodatkowo w tym drugim ośrodku światło nie jest pochłaniane, to cała wiązka ulega odbiciu. W ten sposób otrzymujemy zwierciadło.

Zad 2. Bezwzględny i względny współczynnik załamania ośrodka. Prawo załamania.

Bezwzględny współczynnik załamania światła

Bezwzględny współczynnik załamania światła dany jest wzorem

v - prędkość światła w danym ośrodku

c - prędkość światła w próżni (c = 299 792 458 m/s)

n - bezwzględny współczynnik załamania

Znajomość bezwzględnych współczynników załamania umożliwia szybkie obliczenie prędkości światła w danych ośrodku, wg wzoru:

Przykład:

Prędkość światła w szkle wynosi ok. 2/3 prędkości światła w próżni. Współczynnik załamania szkła wynosi więc 3/2 - 1,5.

Względny współczynnik załamania światła

Mając bezwzględne współczynniki załamania ośrodka z którego pada światło i ośrodka do którego załamuje się światło, można obliczyć względny współczynnik załamania:

n₁ - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 1 (z którego wychodzi światło)

n₂ - bezwzględny współczynnik załamania ośrodka 2

(do którego przechodzi światło)

n₁₂ - współczynnik załamania (względny) ośrodka 2 względem ośrodka 1

Względny współczynnik załamania decyduje o tym jak bardzo światło ma tendencję do skręcania swego kierunku podczas przechodzenia do innego ośrodka. Inaczej mówiąc - przy dużym względnym współczynniku załamania światło będzie się silniej załamywać.

W przypadku, gdy nie ma dokładnego stwierdzenia o jaki współczynnik chodzi, najczęściej samo wyrażenie "współczynnik załamania" należy rozumieć jako "bezwzględny współczynnik załamania".

Przykładowe (bezwzględne) współczynniki załamania

• diament: 2,47

• lód: 1,31

• szkło: ok. 1,5 (wielkość zależna od rodzaju szkła, waha się od ok. 1,45 do 1,8)

• woda: 1,33

Prawo załamania światła

Inaczej prawo Snella, prawo Snelliusa, prawo optyki geometrycznej opisujące zjawisko załamania światła (w ogólności - załamania fali).

Słownie prawo załamania można sformułować następująco:

Stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest dla danych ośrodków stały i równy stosunkowi prędkości fali w ośrodku pierwszym, do prędkości fali w ośrodku drugim. Kąty padania i załamania leżą w tej samej płaszczyźnie.

Wyraża się wzorem:

gdzie:

α - kąt padania fali (tj. kąt zawarty pomiędzy normalną do powierzchni rozdziału ośrodków a kierunkiem rozchodzenia się fali padającej),

β - kąt załamania fali (tj. kąt zawarty pomiędzy normalną do powierzchni rozdziału ośrodków a kierunkiem rozchodzenia się fali załamanej),

v₁ i v₂ - prędkości fazowe fali odpowiednio w I i II ośrodku.

Prawo sformułował W. Snell van Royen, przypuszcza się, że było znane wcześniej Ptolemeuszowi.

Wzór prawa załamania - postać 2

Sformułowanie słowne:

Stosunek sinusa kąta padania, do sinusa kąta załamania jest równy stosunkowi bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka do którego przechodzi fala, do bezwzględnego współczynnika załamania ośrodka, z którego fala pada na powierzchnię rozgraniczającą oba ośrodki.

---