Cel Ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika załamania ciał stałych za pomocą mikroskopu.

Wstęp teoretyczny:

Współczynnik załamania ośrodka jest miarą zmiany prędkości rozchodzenia się fali w danym ośrodku w stosunku do prędkości w innym ośrodku (pewnym ośrodku odniesienia). Dokładniej jest on równy stosunkowi prędkości fazowej fali w ośrodku odniesienia do prędkości fazowej fali w danym ośrodku

Zasada Huygensa- każdy punkt ośrodka, do którego dotarło czoło fali można uważać za źródło nowej fali kulistej. Fale te zwane są falami cząstkowymi i interferują ze sobą. Wypadkową powierzchnię falową tworzy powierzchnia styczna do wszystkich powierzchni fal cząstkowych i ją właśnie obserwujemy w ośrodku.

Zjawisko uginania się fali na przeszkodach, wynikające wprost z zasady Huygensa, nazywa się dyfrakcją.

Prawo odbicia - promień padający, odbity i normalna do powierzchni odbicia są współpłaszczyznowe. Dodatkowo, kąt padania jest równy kątowi odbicia.

Prawo odbicia i załamania światła opisuje prawo Snelliusa, które zostało sformułowane w trzech punktach:

1.Kąt padania światła na granicę dwóch ośrodków o różnej gęstości jest równy kątowi odbicia.

2.Promień padający, odbity, załamany oraz normalna (prosta prostopadła do granicy ośrodków przechodząca przez punkt w którym krzyżują się promienie) leżą w jednej płaszczyźnie.

3.Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest dla danych dwóch ośrodków wielkością stałą, nazywaną współczynnikiem załamania tych ośrodków.

gdzie αjest kątem padania, β jest kątem załamania

Gdy światło przepuścimy z ośrodka gęstego do rzadszego, to kąt padania beta będzie mniejszy od kąta załamania alfa.

Możemy znaleźć taki kąt, nazywany kątem granicznym, przy którym kąt załamania będzie wynosił 90o.

Po przekroczeniu kąta granicznego nie wystąpi promień załamany, zajdzie całkowite wewnętrzne odbicie.Zjawisko to zostało wykorzystane w światłowodach.

Całkowite wewnętrzne odbicie: jest to zjawisko w którym nie zachodzi załamanie fali na powierzchni łamiącej. Zachodzi ono, gdy kąt padający jest większy od kąta granicznego Qg, danego wzorem:

Całkowite wewnętrzne odbicie – zjawisko fizyczne zachodzące dla fal (najbardziej znane dla światła) i występujące na granicy ośrodków o różnych współczynnikach załamania. Polega ono na tym, że światło padające na granicę od strony ośrodka o wyższym współczynniku załamania pod kątem większym niż kąt graniczny, nie przechodzi do drugiego ośrodka, lecz ulega całkowitemu odbiciu.

Współczynnik odbicia fali jest to stosunek natężenia fali odbitej do natężenia fali padającej

Io– natężenie fali padającej,

Ip– natężenie fali odbitej.

Dla światła padającego prostopadle do powierzchni, czyli dla światła o kącie padania równym 0 współczynnik odbicia zależy tylko od współczynnika załamania a wzór redukuje się do prostej postaci

Oznaczając bezwzględny współczynnik załamania pierwszego ośrodka przez np i bezwzględny współczynnik załamania ośrodka odbijającego przez no wzór ten można zapisać w postaci n – współczynnik załamania a dokładniej względny współczynnik załamania ośrodka, od którego światło się odbija względem ośrodka, w którym światło rozchodzi się początkowo.

Dyfrakcja - jest to ugięcie się fali w przypadku gdy trafia ona na jakąś przeszkodę lub szczelinę. W skutek dyfrakcji powstaje nowe fale, które interferują ze sobą.

Dyspersja fal – zależność prędkości fazowej fal od ich częstotliwości.

Dyspersję fal oraz zjawiska z niej wynikające obserwuje się w ośrodku, którego właściwości zależą od częstotliwości (długości fali). Jeżeli prędkość fazowa i grupowa fali nie zależy od częstości fali, wówczas o takiej fali mówi się że nie ulega dyspersji, a ośrodek nazywa się niedyspersyjnym.

W wyniku rozchodzenia się fal w ośrodku dyspersyjnym fale o różnej częstotliwości rozchodzą się z różną prędkością, oznacza to że prędkość rozchodzenia się odpowiedniego sygnału, zwana prędkością grupową, jest inna niż prędkość rozchodzenia się fazy fali (prędkość fazowa) i także zależy od częstotliwości.

Dyspersja jest zjawiskiem powszechnym, ulegają jej prawie wszystkie rodzaje fal w bardzo wielu ośrodkach.

Dyspersja jest nazywana normalną, gdy współczynnik załamania w sposób ciągły zmniejsza się wraz ze wzrostem długości fali. Gdy materiał wykazuje selektywną absorpcję, wówczas dla pewnych zakresów długości fal współczynnik załamania może rosnąć przy wzroście długości fali. Taką dyspersję nazywamy anomalną.

Obiektyw daje obrazy rzeczywiste, powiększone i odwrócone, natomiast okular spełnia rolę lupy, dając obrazy pozorne, powiększone i proste. W całym mikroskopie obraz jest pozorny, powiększony i odwrócony. Przedmiot P oglądany przez mikroskop ustawia się przed obiektywem w odległości x niewiele większej od ogniskowej f1 tej soczewki, tak że można w przybliżeniu przyjąć, że x≈ f1.

Mikroskop jest tak skonstruowany, że obraz wytworzony przez obiektyw powstaje w odległości x’ od okularu - mniejszej, lecz niewiele różnej od ogniskowej f2 tej soczewki. Natomiast obraz wytworzony przez okular powstaje w odległości y’=d najlepszego widzenia oka, znajdującego się tuż za okularem.