Wydział: WIMiIP	Imię i nazwisko: Robert Górski Jakub Hałasa	Rok: II	Grupa: 2	Zespół: 2
Pracownia Fizyczna WFiIS AGH	Współczynnik załamania światła dla ciał stałych	Nr. Ćwiczenia: 51
Data wykonania: 23.10.2015	Data oddania: 30.10.2015	Zwrot do poprawy:	Data oddania:	Data zaliczenia:

1. Cel ćwiczenia

Wyznaczenie współczynnika załamania światła dla płytki szklanej i pleksiglasowej metodą pomiaru grubości pozornej płytki przy pomocy mikroskopu.

1. Wstęp teoretyczny

Wiązka światła przechodząc przez granicę dwóch ośrodków o różnych właściwościach optycznych, wyrażających się przez różną wartość współczynnika załamania, zostaje częściowo odbita, a częściowo przechodzi przez tą granicę jednocześnie ulegając załamaniu. Wartość współczynnika załamania ośrodka 2 względem ośrodka 1 można wyznaczyć, stosując prawo Snella :

gdzie jest szukanym współczynnikiem załamania, a i współczynnikami załamania poszczególnych ośrodków. Dla przejścia światła z ośrodka optycznie rzadszego (np. powietrza) do gęstszego (np. szkła) wartość współczynnika załamania jest większa od 1. Kąt β jest wtedy mniejszy niż kąt α (czyli następuje załamanie do normalnej). Dla przejścia w drugą stronę, jest dokładnie na odwrót.

Wartość jest różna dla różnych długości fali światła padającego. Biorąc pod uwagę prędkości światła i w poszczególnych ośrodkach można uzyskać jeszcze inną zależność:

Dla fali odbitej jest spełniona zależność , zwana prawem odbicia, gdzie α to kąt padania, a γ - kąt odbicia. Na skutek zjawiska załamania, kształt i wymiary geometryczne przedmiotów znajdujących się w ośrodku optycznie gęstszym obserwowanych z ośrodka optycznie rzadszego wydają się być inne niż są w rzeczywistości (np. prosty kawałek drutu włożony do wody wygląda, jakby był wygięty w miejscu styku wody z powietrzem). Zjawisko to wyjaśnione jest na rysunku 2. Promień OA przechodzi przez płytkę bez załamania gdyż jest do niej prostopadły. Promień OB porusza się w płytce pod kątem β do normalnej, a przy przejściu do powietrza załamuje się i wychodzi pod kątem α. Rysując przedłużenie tego promienia w powietrzu, widzimy, że przecina się ono z promieniem OA w punkcie O1. Tak więc obserwator widzi odległość AO1=h, jako pozorną grubość płytki. Rzeczywistą grubością jest natomiast odległość OA=d, Poprzez porównanie tych odległości można wyznaczyć współczynnik załamania materiału z którego została wykonana płytka względem powietrza. Zależność tą można wyznaczyć z prawa Snella.

1. Układ pomiarowy

W skład układu pomiarowego wchodzą:

1. Mikroskop wyposażony w czujnik mikrometryczny i nasadkę krzyżową.

2. Śruba mikrometryczna.

3. Zestaw płytek szklanych i z pleksiglasu, różnej grubości.

1. Wykonanie ćwiczenia

• Zapoznać się z budową mikroskopu.

• Na obu powierzchniach płytki zrobić kreski, jedna nad drugą cienkim pisakiem (ewentualnie wykorzystać istniejące kreski).

• Zmierzyć śrubą mikrometryczną grubość płytki d w pobliżu kresek.

• Ustaw badaną płytkę na stoliku mikroskopu w uchwycie i dobierz ostrość tak by uzyskać kontrastowy obraz. Regulując położenie stolika pokrętłem 7a zaobserwuj górny i dolny ślad zaznaczony na płytce.

• Pokrętłem 7b przesuń stolik mikroskopu do momentu uzyskania ostrego obrazu śladu na górnej powierzchni płytki.

• Odczytaj położenie ag wskazówki czujnika mikrometrycznego.

• Przesuń stolik mikroskopu do położenia, w którym widoczny jest ślad na dolnej powierzchni płytki (pokrętłem 7b).

• Ponownie odczytaj położenie ad wskazówki czujnika.

• Odczyty zanotuj w tabeli 1, 2 lub 3.

1. Wyniki pomiarów

Tabela 1.

Materiał: pleksiglas Grubość rzeczywista d = 4,37 [mm] Niepewność u(d) = 0,1 [mm]
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Średnia grubość pozorna h
Niepewność u(h)

Tabela 2.

Materiał: szkło Grubość rzeczywista d = 3,42 [mm] Niepewność u(d) = 0,1 [mm]
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Średnia grubość pozorna h
Niepewność u(h)

Tabela 3.

Materiał: filtr zielony (0,50 µm) Grubość rzeczywista d = 3,42 [mm] Niepewność u(d) = 0,1 [mm]
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Średnia grubość pozorna h
Niepewność u(h)

Tabela 4.

Materiał: filtr czerwony (0,63 µm) Grubość rzeczywista d = 3,42[mm] Niepewność u(d) = 0,1 [mm]
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Średnia grubość pozorna h
Niepewność u(h)

1. Opracowanie wyników pomiaru

• Oblicz wartość współczynnika załamania n dla każdej badanej płytki

Pleksiglas: 4,37 mm/ 2,525 mm = 1,845±0,000353

Szkło: 3,42 mm/ 1,948 mm = 1,755±0,000819

Filtr zielony: 3,42 mm/ 1,911 mm = 1,789±0,000803

Filtr czerwony: 3,42 mm/ 1,909 mm = 1,791±0,000762

• Oblicz niepewność złożoną współczynnika załamania z prawa przenoszenia niepewności

Pleksiglas: h = 2,525 mm, u(d) = 0,1 mm, -d = -4,37 mm, u(h) = 0,000353

Wynik: 0,00156 mm

Szkło: h = 1,948 mm, u(d) = 0,1 mm, -d = -3,42 mm, u(h) = 0,000819

Wynik: 0,00263 mm

Filtr zielony: h = 1,911 mm, u(d) = 0,1 mm, -d = -3,42 mm, u(h) = 0,000803

Wynik: 0,00273 mm

Filtr czerwony: h = 1,909 mm, u(d) = 0,1 mm, -d = -3,42 mm, u(h)= 0,000762

Wynik: 0,00274 mm

Zestawienie wyników:

Rodzaj materiału	n zmierzone	n tablicowe
Pleksiglas	1,845±0,000353	1,489
Szkło	1,755±0,000819	ok. 1,5
Filtr zielony	1,789±0,000803	ok. 1,5
Filtr czerwony	1,791±0,000762	ok. 1,5

1. Wnioski

Na podstawie otrzymanych wyników można uznać doświadczenie za wykonanie poprawnie, ponieważ otrzymana wartość współczynnika załamania światła dla szkła jest zbliżona do wartości tablicowych i jest obarczona małym błędem