WFTJ |
Imię i Nazwisko: 1. Mateusz Barański 2. Boczar Bartosz |
ROK I |
GRUPA 1 |
ZESPÓŁ 1 |
|
Pracownia fizyczna I |
TEMAT: Współczynnik załamania światła dla ciał stałych.
|
Nr ćwiczenia 51 |
|||
Data wykonania:
11.04.97 |
Data oddania:
16.04.97 |
Zwrot do poprawy:
|
Data oddania:
|
Data zaliczenia:
|
OCENA
|
Wstęp teoretyczny.
Gdy wiązka światła przechodzi przez dwa ośrodki o różnych własnościach optycznych, to na powierzchni granicznej częściowo zostaje odbita, a częściowo zaś przechodzi do drugiego środowiska ulegając załamaniu.
Ilustracja 1 Załamanie promienia świetlnego.
Prawo załamania rządzące załamaniem światła zostało sformułowane przez Snelliusa w XII wieku.
Ma ono następującą postać :
gdzie jest kątem padania światła na płaszczyznę, a jest kątem załamanej wiązki światła. Obydwa kąty leżą na jednej płaszczyźnie i są mierzone względem prostej normalnej (N) do tej płaszczyzny.
Wielkość n jest stałą, zwaną współczynnikiem załamania ośrodka 2 względem ośrodka 1. Współczynnik załamania zależy od długości fali światła padającego. Z tego względu załamanie może być wykorzystane do rozłożenia wiązki światła na składowe o różnych długościach fali.
Wskutek załamania światła odległości przedmiotów umieszczonych w środowisku w którym prędkość rozchodzenia się światła jest mniejsza wydają się mniejsze. Np. przedmioty w wodzie wydają się mniejsze i bliższe powierzchni. Zjawisko to można prześledzić analizując bieg promienia w płytce płaskorównoległej (Ilustracja 2).
Ilustracja 2 Powstanie pozornego obrazu na dolnej powierzchni płytki.
Promień OA prostopadły do powierzchni granicznej wychodzi bez załamania, natomiast OB tworzy z normalną wewnątrz szkła kąt , a w powietrzu kąt , większy od wskutek załamania. Obserwowane promienie wychodzące z płytki są rozbieżne, ich przedłużenia przecinają się w punkcie O1 tworząc obraz pozorny. Odległość O1A równa h stanowi pozorną grubość płytki, podczas, gdy AO = d jest grubością rzeczywistą.
Ponieważ a dla małych kątów
widać z rysunku, że (1) .
Celem tego ćwiczenia było wyznaczenie współczynnika załamania światła dla ciał stałych metodą mikroskopu, jak również zależności współczynnika załamania światła od długości fali. Tak więc aby obliczyć współczynnik załamania światła płytki musimy zmierzyć grubość rzeczywistą płytki śrubą mikrometryczną. Natomiast grubość pozorną wyznaczamy przy pomocy mikroskopu mierząc przesunięcie tubusa mikroskopu między położeniami ostrego widzenia kresek umieszczonych na obu powierzchniach płytki.
Pomiary dla płytki szklanej.
d |
h |
n |
błąd bezwzględny |
błąd względny: |
187 |
125 |
1,496 |
0,008901 |
0,595006 |
93 |
63 |
1,476 |
0,017468 |
1,167614 |
191 |
126 |
1,516 |
0,008923 |
0,596461 |
Średni współczynnik załamania: 1,496.
Ponieważ wzór (1) można zapisać jako iloczyn więc błąd bezwzględny n obliczaliśmy ze wzoru: a względny d ze wzoru : .
średni błąd bezwzględny : * 0,019
średni błąd względny : 1,277%
Pomiary dla płytki z pleksiglasu.
Podobnie dla pleksiglasu:
d |
h |
n |
błąd bezwzględny |
błąd względny |
405 |
272 |
1,489 |
0,006602 |
0,442866 |
494 |
331 |
1,492 |
0,005421 |
0,363663 |
Średni współczynnik załamania: 1,491.
średni błąd bezwzględny : * 0,006
średni błąd względny : 0,403 %
Aby sprawdzić czy współczynnik załamania zależy od długości fali zmierzyliśmy grubości pozorne dla światła monochromatycznego o różnych długościach fali, po czym sporządziliśmy wykres n().
długość fali |
h |
d |
n |
0,63 |
124 |
187 |
1,508 |
0,5 |
120 |
187 |
1,558 |
0,48 |
123 |
187 |
1,520 |
0,59 |
124 |
187 |
1,508 |
Ilustracja 3 Wykres zależności n od długości fali.
Stwierdziliśmy, że na podstawie tych pomiarów, które wykonaliśmy nie jesteśmy w stanie stwierdzić jednoznacznie czy współczynnik załamania zależy od długości fali. Wynika to bądź z małej ilości pomiarów lub z zastosowanej metody.