Univerzitet u Novom Sadu
Tehnički fakultet „Mihajlo Pupin“
Zrenjanin
OPTIKA. REFLEKSIJA I REFRAKCIJA
-seminarski rad-
ISTRAŽIVANJE SVOJSTAVA FIZIČKIH POLJA
Profesor: prof. dr Vjekoslav Sajfert
Student: Gordana Rakić
Broj indeksa: NG 32/18
Smer: Industrijsko inženjerstvo u
eksploatacija nafte i gasa
Zrenjanin 2020
Svetlost, difrakcija i polarizacija
Optika je deo fizike koji proučava
svetlosne pojave
i
prirodu svetlosti
. Vidljiva svetlost je
elektromagnetno zračenje koje opaža organ vida – oko. Optika izučava pojave vezane vezane ne
samo za vidljivi deo spektra zračenja, nego i one vezane za infracrveno i ultraljubičasto
(ultraviolentno) zračenje.
Optika se prema načinu tretiranja optičkih pojava može podeliti na dve osnovne
oblasti:
geometrijsku i fizičku optiku
. Geometrijska optika proučava optičke pojave na temelju
osnovnih zakona koji su empirijski. Ne razmatra pitanja o prirodi svetlosti , za razliku od fizičke
optike koja proučava prirodu svetlosti i kroz to objašnjava probleme nerešive u geometrijskoj
optici.
SVETLOST – elektromagnetno zračenje
Šta je svetlost?
Npr., za
Njutna
svetlost je bila struja čestica, dok je za Hajgensa svetlost slična
talasima na vodi. Na osnovu ovih teorija mogu se objasniti neki jednostavni optički zakoni kao
što je
zakon polarizacije.
Međutim, novi elektromagnetni rezultati su išli u prilog talasne teorije.
Svetlost možemo opisati kao roj čestica koje se nazivaju
fotoni
. Svaki foton nosi određenu
količinu energije. Celokupan raspon zračenja koje nastaje u svemiru nazivamo svetlosni spektar.
Vrste elektromagnetskog zračenja:
gama zračenje
rendgensko zračenje (X-zraci)
ultraljubičasto zračenje
vidljivo zračenje (svetlost)
infracrveno zračenje
mikrotalasno zračenje
radiotalasi
Elektromagnetska zračenja uzajamno se razlikuju jedino frekvencijom. Svetlost nastaje kada se
električni naboj kreće u elektromagnetskom polju. Atom šalje svetlost kada je neki od njegovih
elektrona podstaknut dodatnom energijom izvora. Zračenje pokrenutih elektrona opisujemo
talasom. Svetlost manje energije ima manju učestalost ili frekvenciju, ali vecu talasnu dužinu,
dok ona sa više energije ima veću učestalost ili frekvenciju, ali manju talasnu dužinu.
Brzina svetlosti, kao i svih ostalih elektromagnetnih talasa iznosi oko 299 792 500 m/s.
Boja
Ljudsko oko reaguje samo na ograničeni raspon talasnih dužina na vidljivu svetlost, ali ono
odlično raspoznaje i vrlo male razlike unutar tog raspona. Te male razlike nazivamo bojama.
Boje su, dakle, male frekvencijske razlike u području vidljive svetlosti. Najkracu talasnu dužinu
Osnovni pojam geometrijske optike je zrak svetlosti, a fizikalne optike je talas svetlosti. Sve do
sada posmatrane i proučavane pojave se mogu izvesti iz tri osnovna zakona koja za geometrijsku
optiku imaju karakter aksioma, a to su:
1. Zakon pravolinijskog širenja svetlosti
2. Zakon refleksije
3. Zakon loma
Ta tri zakona, a prema tome i sve pojave koje se pomoću njih mogu izvesti, mogu se protumačiti
sa dve potpuno različite teorije.
- Pevu teoriju, tzv. korpuskularnu, postavio je Newton i glasi: Svetlost se sastoji od sitnih
korpuskula (čestica), tzv. fotona koje izlaze velikom brzinom iz izvora svetlosti.
- Drugu teoriju, koja se zove talasna teorija, postavio je Huygens i glasi: Svetlost je osciliranje
koje se iz izvora svetlosti širi u obliku talasa, a raznim bojama pripadaju oscilaciji različite
frekvencije.
Kada se govori o prirodi svetlosti kaže se da je svetlost dvojne prirode: nekad se ponaša kao
elektromagnetni talas, a nekada kao snop čestica-fotona.
Talasne osobine svetlosti su najočitije u pojavama interferencije, difrakcije i polarizacije.
Interferencija i difrakcija su pojave karakteristične za sve vrste talasa, na primer, talase na vodi,
zvučne talase itd. Interferenciju i difrakciju svetlosnih talasa moguće je ostvariti samo u
posebnim uslovima. Pojava polarizacije svetlosti je povezana sa transverzalnošću svetlosnih
talasa. Vektor električnog polja (E), čije oscilacije odredjuju fiziološka, fotehemijska,
fotoelektrična i druga delovanja svetlosti, oscilira u ravni u odnosu na pravac prostiranja
svetlosnog talasa. Ako je to osciliranje uredjeno na odredjeni način dolazi do pojave polarizacije
svetlosti.
Talas je periodični poremećaj u prostoru. Da nastane talas treba postojati neki izvor.
Razlikujemo dve vrste talasa s obzirom na način širenja kroz prostor:
Progresivni ili putujući talas
Longitudinalni talas
Tipični primer progresivnog talasa je talas na površini vode. Površina vode se diže i spušta dok
se breg giba uzduž površine, dolazi do oscilacija molekula vode u odnosu na smer širenja talasa
tj. na smer gibanja brega. Takav talas naziva se
transvezalni talas
jer je pomak čestica uspravan
na smer gibanja talasa.
Još jedan primer transvezalnog talasa je elektromagnetni talas. Kod elektromagnetnog talasa
električno i magnetno polje menjaju se periodično s vremenom u smerovima u odnosu na smer
gibanja talasa, tj. na smer prenosa energije.
Osim transverzalnih talasa postoje i longitudinalni talasi. To su talasi kod kojih dolazi do
oscilacije čestica u smeru širenja talasa. Primer longitudinalnog talasa je zvuk, tj. zvučni talas.
Od izvora zvuka molekule, atomi osciluju oko ravnotežnog položaja na pravcu širenja talasa.
Elementi talasa:
Relacija koja povezuje ova tri elementa talasa je:
v =
l
x f
Brzina talasa jednaka je proizvodu talasne dužine i frekvencije.
DIFRAKCIJA SVETLOSTI
Zakoni geometrijske optike su izvedeni pod predpostavkom da se svetlost prostire pravolinijski.
Medjutim, ako na svom putu svetlost pada na tela ili otvore malih dimenzija, koji se mogu
porediti sa talasnom dužinom svetlosti, tada se javljaju pojave difrakcije (savijanja) svetlosti. Na
primer, ukoliko se bela svetlosttačkastog svetlosnog izvora L propusti kroz pukotinu zaklona Z1
i kroz paralelno postavljenu drugu pukotinu Z2, tada se na zaklonu Z3 vidi slika pukotine AB,
odnosno A1B1 kao posledica pravolinijskog prostiranja svetlosti. Medjutim, ako se pukotina na
