(28)

Ćwiczenie nr 14

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

I. Wiadomości wstępne

Prawo odbicia i załamania światła to dwa podstawowe prawa, na których opięta^ cała optyka geometryczna.

Prawo odbicia światła

Weźmy pod uwagę promień światła padający na doskonale gładką powierzchnię. Jego tor określa prawo odbicia:

Promień padający, normalna i promień odbity leżą w jednej płaszczyźnie, a kąt odbicia jest równy kątowi padania

Bieg promienia świetlnego w zjawisku odbicia

Prawo załamania światła

Rozważmy monochromatyczny promień światła, a więc promień światła o ściśle określonej długości fali, padający na granicę dwóch ośrodków. Ponieważ, światło I przechodząc z jednego ośrodka do innego, porusza się w każdym z nich z inną prędkośWM dlatego zmienia kierunek swojego biegu - ulega załamaniu. Prawo załamania świtała j rządzące tym zjawiskiem brzmi następująco:

Promień padający, normalna oraz promień załamany leżą w jednej płaszczyźnie.

fi W. / ' fi fi Y; / fi fi fi fi fi fi fi Bi fi f fi

m s v m HI i * I m

Stosunek sinusa kąta padania do sinusa kąta załamania jest równy stosunkowi prędkości światła w ośrodku pierwszym do prędkości w ośrodku drugim.

«-»-s

HI , _ śiń g _ v, sin p

Vł<V,

Stosunek prędkości światła w ośrodku pierwszym ^v\ do prędkości światła w ośrodku drugim ^v2:

nosi nazwę współczynnika załamania świata ośrodka pierwszego względem ośrodka drugiego.

Najczęściej mówimy o współczynniku załamania danej substancji mierzonego względem próżni. Jest on w przybliżeniu równy współczynnikowi mierzonemu względem powietrza. Współczynnik taki nosi nazwę bezwzględnego współczynnika załamania i taki właśnie współczynnik znajdziemy w tablicach.

2. Proste sposoby sprawdzenia praw optyki geometrycznej - metoda „szpilek”

(doświadczenia pokazowe).

W metodzie tej promień światła przedstawiamy za pomocą dwu szpilek wbitych w punkty AiB.

a

Promień światła przedstawi* prosta przechodząca przez punkt AI punkt B

Rozważmy pierwsze z wymienionych problemów, prawo odbicia światła. Odbicie światła można zrealizować wykorzystując wąski skrawek wypolerowanego metalu szerokości ok. lOmm i długości kilku cm. Na środku „lusterka" rysujemy wąską, prostopadłą linię. Zamiast niej, już po ustawieniu lusterka można wbić szpilkę.

Sprawdzenie prawa odbicia

Na kartce, rysujemy dwie prostopadłe linie, i z punktów ich przecięcia O zataczamy półokrąg. Linia przerywana odpowiada normalnej która musi przechodzić przez rysę nakreślona na lusterku względnie punki wbicia szpilki w punkcie O. Cały układ pomiarowy ustawiamy na kawałku styropianowej płytki, w którą wyjątkowo łatwo wbić szpilkę. W dowolnie obranym punkcie A leżącym na wcześniej nakreślonym luku wbijamy prostopadłe szpilkę a następnie po przeciwnej stronie łuku w stosunku do normalnej szukamy takiego kierunku aby szpilka A i rysa nakreślona na lusterku (względnie szpilka wbita w punkcie O) pokryły się. Na kierunku tym, na łuku, wbijamy szpilkę B. Patrząc z zaznaczonego na rysunku kierunku widzimy na jednej prostej szpilkę A. rysę i szpilkę B (patrz rysunek j.

Po zdjęciu z kartki lusterka, przez punkt A i O oraz O i B prowadzimy proste odpowiadające biegowi promienia i mierzymy za pomocą kątomierza kąty a i p. Możemy się przekonać, że kąty spełniają warunek:

Chcąc sprawdzić prawo załamania światła wykorzystujemy płytkę w postaci pólokręgu wykonana w pleksiglasu. Grubość płytki nie ma większego znaczenia, ważne jest natomiast aby krawędzie płytki były wypolerowane. Na krawędzi płaskiej części płytki kreślimy prostopadłą rysę pokrywającą się z osią obrotu płytki. Zamiast rysy i tutaj możemy