Nr ćw. 301	Data 15.03.01	Imię i Nazwisko Krzysztof Czerski		Wydział Elektryczny	Semestr II	Grupa nr E-9
Prowadzący mgr Jarosław Gutek			Przygotował	Wykonał	Opracował	Ocena ostat.

Temat : Wyznaczanie współczynnika załamania światła z pomiaru pozornej i rzeczywistej grubości płytek.

1. Wstęp teoretyczny:

Światło, które po drodze do naszego oka przechodzi przez jedną lub więcej powierzchni załamujących, ma na ogół inny kierunek, niż gdyby biegło po linii prostej, w ośrodku jednorodnym. Z tego powodu obserwator odnosi wrażenie, że światło wychodzi z innego źródła niż to jest w rzeczywistości. Obserwowane źródło jest obrazem źródła rzeczywistego lub źródłem pozornym.

Spoglądając na przedmioty leżące na dnie naczynia z wodą wydaje nam się, że leżą one bliżej powierzchni niż w rzeczywistości. Przeciwnie, nurek spoglądający w górę na, powiedzmy zwisającą gałąź drzewa będzie sądzić, że jest ona wyżej niż w rzeczywistości wynikającą z załamania światła na granicy dwóch ośrodków.

Przykład zjawiska, w którym występuje pozorna zmiana grubości, a także zasadę pomiaru tej grubości ilustruje rysunek. W lewej części rysunku widzimy soczewkę S (może nią być okular mikroskopu) ustawioną w ten sposób, że w ustalonym miejscu, niewidocznym na rysunku, powstaje ostry obraz punktu A znajdującego się na górnej powierzchni płytki.

Chcąc uzyskać ostry obraz punktu C znajdującego się na dolnej powierzchni płytki (prawa część rysunku), musimy całą płytkę przesunąć ku górze o odległość h. W tym położeniu promień wybiegający z punktu C "widziany jest" przez soczewkę, jakoby wychodził z punktu B. W tym samym miejscu co poprzednio powstaje obraz pozornego źródła B, czyli rzeczywistego źródła C.

Według prawa załamania światła stosunek sinusów kątów padania
i kąta załamania
jest dla danej pary ośrodków wielkością stałą, równą stosunkowi bezwzględnych współczynników załamania ośrodków.

Wartość bezwzględnego współczynnika załamania otrzymujemy z powyższego równania, gdy jednym z ośrodków jest próżnia (n₁=1). Prawo załamania światła na granicy próżnia - ośrodek, a także w przybliżeniu na granicy powietrze - ośrodek przyjmuje wtedy postać

gdzie n oznacza bezwzględny współczynnik załamania dowolnego ośrodka.

W celu obliczenia pozornej grubości h zakładamy, że promienie biegnące w płytce tworzą bardzo mały kąt z prostopadłą padania. W tej sytuacji możemy zastąpić sinusy kątów samymi kątami

,
.

Wstawiając powyższe wartości otrzymujemy związek między grubością pozorną h i rzeczywistą d

.

2. Opis przeprowadzonego ćwiczenia:

• Zmierzyć grubość rzeczywistą wszystkich przeznaczonych do pomiaru płytek.

• Ustawić płytkę na stoliku mikroskopu.

• Znaleźć położenie stolika mikroskopu a_d, przy którym widać wyraźnie rysę dolną, a następnie położenie a_g, przy którym powstaje wyraźny obraz rysy górnej.

• W razie potrzeby powtarzać pomiar, każdorazowo „psując” obraz i szukając na nowo właściwego położenia stolika.

• Obliczyć wartości średnie grubości rzeczywistej i pozornej.

• Obliczyć współczynnik załamania.

3. Schemat doświadczenia:

Grubość rzeczywistą mierzymy mikromierzem, grubość pozorną - za pomocą mikroskopu. Na górnej i dolnej powierzchni badanej płytki znajdują się rysy. Nastawiamy mikroskop na ostrość widzenia rysy górnej, a następnie dolnej. Jeżeli oznaczymy położenia tubusa w obu przypadkach odpowiednio przez a_g i a_d wówczas pozorna grubość płytki wynosi h = a_d - a_g.

4. Dane eksperymentalne:

Płytka	Lp.	grubość rzeczywista d d =  0,01 [mm]	grubość pozorna
						ad ad =  0,01[mm]	ag ad =  0,01[mm]	h =ad - ag
Płytka I szkło	1.	4,04	3,60	0,92	2,68
	2.	4,03	3,44	0,80	2,64
	3.	4,06	3,36	0,91	2,45
	4.	4,06	3,50	0,92	2,58
	5.	4,05	3,53	0,90	2,63
	6.	4,06	3,54	0,93	2,61
	7.	4,06	3,47	0,87	2,60
	8.	4,06	3,51	0,90	2,61
	9.	4,03	3,55	0,89	2,66
	10.	4,03	3,57	0,89	2,68
wartości średnie:		4,049	3,507	0,893	2,614
Płytka II szkło	1.	1,48	3,90	2,72	1,18
	2.	1,46	3,78	2,84	0,94
	3.	1,48	3,69	2,90	0,79
	4.	1,49	3,81	2,75	1,06
	5.	1,47	3,87	2,74	1,13
	6.	1,47	3,92	2,77	1,15
	7.	1,48	3,90	2,86	1,04
	8.	1,47	3,74	2,94	0,80
	9.	1,46	3,93	2,75	1,18
	10.	1,47	3,90	2,97	0,93
wartości średnie:		1,473	3,844	2,824	1,020

5. Użyte wzory i jednostki:


Współczynnik załamania światła równy jest stosunkowi grubości rzeczywistej do grubości pozornej. Grubości te podane są w [mm], co po ich zredukowaniu daje wartość bezwymiarową - współczynnik załamania światła.

	Płytka1	Płytka2
n1	1,5075	1,2542
n2	1,5265	1,5532
n3	1,6571	1,8734
n4	1,5736	1,4057
n5	1,5399	1,3009
n6	1,5556	1,2783
n7	1,5556	1,2869
n8	1,5556	1,8375
n9	1,5150	1,2373
n10	1,5037	1,5806
nśr	1,5490	1,4608

6. Dyskusja błędów:

dla pomiarów grubości rzeczywistej d:




	płytka nr 1	płytka nr 2
	4,049	1,473
	0,052	0,028
	4,050,05	1,470,03

dla pomiarów grubości pozornej h




	płytka nr 1	płytka nr 2
	2,614	1,020
	0,185	0,245
	2,610,19	1,020,26

obliczenia wartości współczynnika n:




	płytka nr 1	płytka nr 2
	1,5490	1,4608
	0,4642	0,1397
n	1,550,46	1,460,14




7. Wnioski:

Pomiary które zostały przeprowadzone przy użyciu mikroskopu i mikromierza w nim zainstalowanego są obarczone pewnym błędem, ze względu na brak możliwości regulacji pokrętłem precyzyjnym, a jedynie pokrętłem zgubnym. Błąd w mierzeniu grubości rzeczywistej płytek wynika z niedokładności mikromierza zainstalowanego przy mikroskopie (0.01[mm]).

W skrypcie Stanisława Szuby pt. ”Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki” współczynnik o wartości n = 1,569 jest współczynnikiem załamania szkła flintowego stąd wniosek, że płytka I zastała wykonana z takiego właśnie szkła.

Współczynnik o wartości n = 1,518 to współczynnik szkła zwykłego - płytka II jest właśnie z takiego materiału.

KOŃCOWE WYNIKI:

Płytka I: n = 1,550,46

Płytka II: n = 1,460,14

1

---