Wyznaczanie współ. załamania światła, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania


Pracownia Zakładu Fizyki Politechniki Lubelskiej

Nazwisko

Wydział Elektryczny

Grupa EdI 2.1.

Data wyk. ćwicz.:

1998-03-05

Numer ćwiczenia:

OP.1.1

Temat ćwiczenia:

Wyznaczanie współ. załamania światła

z pomiarów kąta załamania oraz kąta granicznego

ZALICZENIE

Ocena

Data

Podpis

1. WYNIKI POMIARÓW I OBLICZEŃ

a). Tabelka

Próbka nr 1

0x08 graphic
Lp

α

α

β

β

n

γ

n (zγ)

n

0

rad

0

rad

0

1

3

0.052

3

0.052

1.00

43.5

1.45

1.38

2

5

0.087

4.5

0.079

1.11

3

7

0.122

6

0.105

1.17

4

10

0.174

8

0.140

1.25

5

12

0.209

9

0.157

1.33

6

15

0.262

11.5

0.201

1.30

7

17

0.297

13

0.227

1.30

8

20

0.349

15

0.262

1.32

9

22

0.384

16

0.279

1.36

10

25

0.436

18

0.314

1.37

11

28

0.488

20

0.349

1.37

12

30

0.523

21

0.366

1.40

13

32

0.558

22.5

0.393

1.38

14

35

0.611

24

0.419

1.41

15

40

0.698

27

0.471

1.42

16

45

0.785

30

0.523

1.41

17

50

0.872

32

0.558

1.45

18

55

0.959

35

0.611

1.43

19

60

1.047

37

0.645

1.44

20

65

1.134

39

0.680

1.44

21

70

1.221

41

0.715

1.43

22

75

1.308

42

0.733

1.44

b). Przykładowe obliczenie wyników:

dokładność tarczy - 0.5 0 - 0,0087 rad

Zgodnie z zaleceniem (skrypt "Optyka") w obliczaniu średniej nie uwzględniam wyników które najbardziej odbiegaj od innych; są to pomiary nr 1-3.

2. KRÓTKA TEORIA TEMATU OGÓLNEGO

Falą nazywamy zaburzenie mechaniczne lub elektromagnetyczne rozchodzące się w czasie
i przestrzeni z określoną prędkością, charakterystyczną dla danego rodzaju fal i ośrodka,
w którym fale się rozchodzą.

Jeżeli wybraną cząstkę jednowymiarowego ciągłego ośrodka materialnego pobudzimy
w dowolny sposób do drgań harmonicznych, to jej drgania można opisać równaniem:

y = Asin( ω t ) , gdzie y jest wielkością wychylenia cząstki z położenia równowagi,

A - amplituda drgań ( największym wychyleniem ), ω - częstością kołową,

t - czasem, natomiast ωt fazą drgań. Drgania te będą się przenosić na cząstki sąsiednie. Wielkość opóźnienia będzie proporcjonalna do odległości x tych cząstek od cząstki pierwotnej ( źródła fali ). Równanie ruchu dla tych cząstek przyjmuje więc następującą postać:
y = Asin( ωt - kx ). Odległość pomiędzy punktami ośrodka, dla których różnica faz wynosi 2Π stanowi długość fali i oznaczamy ją symbolem - λ . Jeżeli więc ( ωt - kx1 ) - ( ωt - kx2 ) = 2Π, to x2 - x1 = λ.

Podstawiając tak określoną wielkość k do równania y = Asin( ωt - kx ) oraz przyjmując, że
ω = 2Π / T

( T - okres drgań ) otrzymamy: y = A sin 2Π . Jest to równanie dla przypadku jednowymiarowego.

Niektóre zjawiska związane z ruchem falowym można wyjaśnić w oparciu o zasadę Huygensa, według której każdy punkt, do którego dociera czoło fali, można traktować jako źródło fali kulistej, tzw. elementarnej fali cząstkowej.

Rozpatrzmy przypadek, gdy fala płaska przechodzi z jednego ośrodka do drugiego, przy założeniu, że prędkości fali

w obu ośrodkach są różne i wynoszą: w ośrodku I - v1, a w ośrodku II - v2 ( v1 > v2 ); odpowiadające im długości fali są λ1 i λ2.

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

Rys 1. Przejście fali płaskiej przez granicę dwóch ośrodków o różnych prędkościach rozchodzenia

się fali.

Przyjmując, że kierunki SA i SC rozchodzenia się fali padającej tworzą kąt α z prostą prostopadłą do powierzchni rozgraniczającej ośrodki. Na granicy ośrodków fala zostanie częściowo odbita w kierunku prostych AS1 i CS1, częściowo przejdzie do drugiego ośrodka i będzie rozchodzić się w kierunkach AS2 i CS2.

W czasie Δt, w przeciągu którego fala w ośrodku I rozejdzie się na odległość BC = v1 *Δt,
w ośrodku II z punktu A rozejdzie się na odległość AD = v2 * Δt. Z punktów pośrednich, leżących pomiędzy A i C, też rozejdą się fale cząstkowe - oczywiście na odległość odpowiednio mniejsze. Czoło fali rozchodzącej się w ośrodku II, stanowi obwiednię fal elementarnych, będzie płaszczyzną. To oznacza, że po przejściu granicy dwu ośrodków fala płaska pozostaje falą płaską.

W związku z założeniem, że v1 ≠ v2 promien fali rozchodzącej się w ośrodku II, będzie tworzył z normalną do powierzchni rozgraniczającej β ≠ α. Kąt β nazywamy kątem załamania fali.
Z konstrukcji geometrycznej przedstawionej na rysunku wynika, że

AC * sinα = BC = v1 * Δt = λ2

oraz AC * sinβ = AD = v2 * Δt = λ2

Dzieląc stronami równanie pierwsze przez drugie otrzymamy 0x01 graphic
210x01 graphic
. A więc stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania fali, dla danych dwu ośrodków, jest wielkością stałą i równą stosunkowi prędkości fali w tych ośrodkach. Wielkość tę oznaczamy przez n21 i nosi ona nazwę współczynnika załamania ośrodka drugiego względem pierwszego. W oparciu o zasadę Huygensa można wykazać, że α = α`, oraz że promień padający , promień odbity i normalna w punkcie padania leżą w jednej płaszczyźnie. Formuła ta stanowi prawo odbicia fali.

2a. KRÓTKA TEORIA ĆWICZENIA OP.1.1

Posługując się pojęciem promieniowania świetlnego rozpatrzmy prawo odbicia i załamania światła (tzw. Prawo Snelliusa). Rys 2 ilustruje zjawisko odbicia i załamania promienia świetlnego na granicy ośrodków I i II gdzie:

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
SO - promień odbity

OP- promień załamany

O - punkt padania

0x08 graphic
0x08 graphic
NN1 - normalna padania

0x08 graphic
Kąt SON - kąt padania

0x08 graphic
Kąt NOS1 - kąt odbicia

0x08 graphic
Kąt NOP - kąt załamania

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
Prawo odbicia i załamania brzmi następująco:

Rys 2. Odbicie i załamanie promienia świetlnego.

  1. promień padający, odbity i załamany oraz normalna padania leżą w tej jednej płaszczyźnie.

  2. Kąt odbicia jest równy kątowi padania,

  3. Stosunek kąta padania i kąta załamania promienia świetlnego jest wielkością stałą dla danych dwóch ośrodków i określonej długości fali; nazywamy go współczynnikiem załamania ośrodka II względem I.

Jeżeli promień świetlny biegnie z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka optycznie rzadszego, to na granicy tych ulega on załamaniu, odchylając się od normalnej padania. Przy pewnym kącie α=γ promień załamany biegnie wzdłuż powierzchni granicznej. Kąt γ nazywamy kątem granicznym.

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

3. OPIS WYKONANIA ĆWICZENIA

W celu wyznaczenia współczynnika załamania, umieszczamy próbkę nr 1 na tarczy z podziałką kątową. Na jej płaską ścianę rzucamy w punkcie centralnym wąski strumień światła i mierzymy kąt padania oraz kąt załamania. Pomiary wykonujemy dla dziesięciu różnych kątów α. Następnie oświetlając próbkę od strony wypukłej, znajdujemy jej kąt graniczny.

  1. RACHUNEK BŁĘDÓW

Błąd względny maksymalny możliwy do popełnienia (Δα i Δβ wyrażamy w mierze łukowej):

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

2

0x01 graphic

0x01 graphic

S2

S2

A

C

α α`

λ1

λ2

α α`

β

β

D

β

α

Rys 3 Przejście promienia z ośrodka optycznie gęstszego do rzadszego.

I

II

β

d

S

N

S1

O

I

II

N1

0x01 graphic

n2

P

n1

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

n1 1

β

N

D

I β

2

n2>n1

II α α`

n2

3 γ 3

2

1 N1 1

II

I

S2

S2

B

S1

λ2

α α`

α α`

λ1

α

β

β

0x01 graphic

A

C

S

S

S



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Wyznaczanie charakterystyki licznika GM, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Wyznaczanie okresu drgań własnych, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Wyznaczanie charakterystyki diody półprzewodnikowej, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego przy, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Wyznaczanie rezystancji poprzecznej hallotronu, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Wyznaczanie współczynnika załamania światła z pomiarów kąta załamania oraz kąta ugięcia, Pollub MiBM
Wyznaczanie współczynnika załamania, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Wyznaczanie współczynnika załamania, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Wyznaczanie momentu bezwładności brył nieregularnych, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Wyznaczanie czasu rozdzielczego licznika GM, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Wyznaczanie gęstości cieczy, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Wyznaczanie charakterystyki oraz czasu rozdzielczego licznika Geigera - Mullera, Pollub MiBM, fizyka
Wyznaczanie bezwzględnej aktywności preparatu beta-promieniotwórczego, Pollub MiBM, fizyka sprawoz
Wyznaczanie współ. załamania światła, Fizyka
Wyznaczanie elementów LC obwodu metodą rezonansu, Pollub MiBM, fizyka sprawozdania
Wyznaczanie charakterystyki licznika Geigera - Mullera . (2), Pollub MiBM, fizyka sprawozd
Wyznaczanie indukcji magnetycznej elektromagnesu przy pomocy teslomierza hallotronowego, Pollub MiBM

więcej podobnych podstron