„ Optyka dla każdego ”

1. „Optyka dla każdego”

2. Nasza grupa Grupa 96/T1 matematyczno-przyrodnicza Marzec – Czerwiec 2012

3. Optyka geometryczna – najstarsza i podstawowa do dziś część optyki. Podstawowym pojęciem optyki geometrycznej jest promień świetlny, czyli nieskończenie cienka wiązka światła (odpowiednik prostej w geometrii). Rozchodzenie się światła opisywane jest tu jako bieg promieni, bez wnikania w samą naturę światła. Zgodnie z założeniami optyki geometrycznej, światło rozchodzi się w ośrodkach jednorodnych po liniach prostych, na granicy ośrodków występuje odbicie lub załamanie światła. Badaniem załamywania światła zajmuje się dioptryka.

4. Optyka to dział fizyki, zajmujący się badaniem natury światła, prawami opisującymi jego emisję, rozchodzenie się, oddziaływanie z materią oraz pochłanianie przez materię. Optyka wypracowała specyficzne metody pierwotnie przeznaczone do badania światła widzialnego, stosowane obecnie także do badania rozchodzenia się innych zakresów promieniowania elektromagnetycznego - podczerwieni i ultrafioletu - zwane światłem niewidzialnym.

5. Optyka falowa – dział optyki, w którym uwzględniona jest falowa natura światła. W ramach optyki falowej badane są takie zjawiska jak interferencja dyfrakcja polaryzacja Zjawiska te są szczególnie istotne m.in. przy przechodzeniu światła przez szczeliny czy w optyce cienkich warstw. Z falowego punktu widzenia, światło jest falą elektromagnetyczną, zatem oczywiste jest, że fundamentem optyki falowej są równania Maxwella opisujące zjawiska elektromagnetyczne.

6. Optyka kwantowa – dział optyki, w ramach którego analizowane sązjawiska, w których światło musi być opisywane jako cząstka (foton) mająca cechy ciał fizycznych (energia, pęd). Wspomniana wcześniej spektroskopia wraz z fizyką atomową i mechaniką kwantową jest silnym narzędziem badawczym wykorzystywanym do badania zjawisk zachodzących w najdalszych obiektach wszechświata, wykrywania nawet pojedynczych atomów, badania struktury kryształów itp.

7. ZJAWISKA OPTYCZNE

8. Halo (od greckiego hálos – tarcza słoneczna) – zjawisko optyczne zachodzące w atmosferze ziemskiej obserwowane wokół tarczy słonecznej lub księżycowej. Jest to świetlisty, biały lub zawierający kolory tęczy, pierścień widoczny wokół słońca lub księżyca. Zjawisko wywołane jest załamaniem na kryształach lodu i odbiciem wewnątrz kryształów lodu znajdujących się w chmurach pierzastych piętra wysokiego (cirrostratus) lub we mgle lodowej.

9. Gloria – zjawisko optyczne polegające na wystąpieniu barwnych pierścieni wokół cienia obserwatora widocznego na tle chmur lub mgły, przy czym niebieski pierścień ma mniejszą średnicę od czerwonego. Gloria powstaje na skutek dyfrakcji (ugięcia fal) i odbicia światła na kroplach wody. Jest podobna do wieńca, jednak powstaje nie dookoła Słońca lub Księżyca, lecz dookoła punktu położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała niebieskiego.

10. Krąg parheliczny (ang. Parhelic circle) – zjawisko optyczne w atmosferze. Krąg parheliczny jest bladym, białym pasem opasującym całe niebo, przecinającym słońce. Na jego przecięciu z łukami Lowitza powstają Słońca poboczne (parhelia). Krąg parheliczny powstaje w wyniku odbicia się światła od pionowych ścianek kryształów lodowych w chmurach piętra wysokiego. Ten typ halo występuje nieco rzadziej od innych. Rzadko zdarza się zaobserwować pełny okrąg, częściej jego fragmenty. Jeszcze rzadziej obserwuje się inne typy halo związane z kręgiem parhelicznym, takie jak słońca poboczne 120 stopniowe.

11. Słońce poboczne, parhelion (gr. parēlion od parà – "obok" i hēlios – "słońce") – zjawisko optyczne w atmosferze. Jest ono jasną plamą światła, powstającą zazwyczaj na przecięciu halo 22-stopniowego oraz kręgu parhelicznego. Występuje często po obu stronach słońca; szczególnie dobrze jest widoczne, gdy słońce jest nisko nad horyzontem. Im słońce znajduje się wyżej, tym większa jest odległość słońc pobocznych od miejsca przecięcia się halo 22-stopniowego i kręgu parhelicznego.

12. Zjawisko powstawania Słońca pozornego nazywane jest paraheluim. Parahelia, to jasne punkty leżące po obu stronach Słońca. Zjawisko to można zaobserwować podczas bezwietrznej pogody przy niskim położeniu Słońca. Wtedy znaczna część kryształków lodu rozmieszczona jest w powietrzu w ten sposób, że ich osie główne znajdują się w pozycji pionowej i graniastosłupy opadają powoli, niczym maleńkie spadochroniki. W tym przypadku po załamaniu najbardziej jaskrawe światło pada do oka pod kątem 22° wychodząc z tych ścianek kryształów, które usytuowane są pionowo. Wówczas światło to tworzy z obu stron Słońca pionowe słupy, które mogą być w pewnych miejscach szczególnie jaskrawe, dając złudzenie Słońca pozornego.

13. Wieniec – to zjawisko zachodzi wówczas, gdy Słońce lub Księżyc są przesłonięte cienką, półprzeźroczystą warstwą chmury lub mgły, zwykle ma postać barwnej poświaty (aureoli) wokół tarczy Słońca lub Księżyca, niebieskiej od strony wewnętrznej, czerwonej na zewnątrz. Często poświata jest otoczona słabo zabarwionymi, koncentrycznymi kręgami o tym samym układzie barw, niekiedy pojawiają się tylko pierścienie, a poświata nie występuje. Wieńce powstają wskutek dyfrakcji światła w warstwie chmury lub mgły.

14. Tęcza – zjawisko optyczne i meteorologiczne występujące w postaci charakterystycznego wielobarwnego łuku, widocznego gdy Słońce oświetla krople wody w ziemskiej atmosferze. Tęcza powstaje w wyniku rozszczepienia światła załamującego się i odbijającego się wewnątrz kropli wody (np. deszczu) o kształcie zbliżonym do kulistego.

15. Iryzacja, jest to zjawisko podobne do powstawania korony. Jest to tęczowy układ barw obserwowany na chmurach średniowysokich, takich jak Altocumulus czy Altostratus. Odcienie na chmurach są najczęściej pastelowe, zielone i różowe. Nazwa iryzacja pochodzi od imienia greckiej bogini będącej personifikacją tęczy - Iris. Zjawisko to można obserwować stosunkowo często jednak na ogół by ja zauważyć, trzeba patrzeć przez przyciemnione okulary. Do niedawna zdecydowanie zakładano, że mechanizm zjawiska iryzacji chmur jest taki sam jak w przypadku korony, jednak zachodzi ona, gdy krople tworzące chmurę nie mają jednakowych rozmiarów - kolor danego fragmentu chmury zależy od rozmiaru tworzących ją kropel. Obłoki liryzujące są bardzo rzadkim zjawiskiem. Są obserwowane głównie w Szkocji i Skandynawii, ale również donoszono o ich pojawianiu się we Francji i na Alasce.

16. Zjawisko Brockenu to optyczne zjawisko atmosferyczne występujące najczęściej w górach. Nazwa pochodzi od szczytu alpejskiego Brocken, gdzie zjawisko to zaobserwowano i opisano po raz pierwszy. Cień osoby stojącej na szczycie, oświetlonej skośnym światłem zachodzącego (lub wschodzącego) Słońca, padając na chmury lub mgłę, wywołuje złudzenie nadnaturalnej wielkości postaci.

17. Cień – obszar, do którego nie dociera światło bezpośrednio ze źródła światła na skutek obecności przeszkody ustawionej na drodze promieni świetlnych, nieprzepuszczającej światła. W zależności od źródła światła mówi się o cieniu słonecznym, księżycowym i in. W zależności od obiektu przesłaniającego światło mówi się o cieniu np. Księżyca (podczas zaćmienia Słońca cień ten pada na Ziemię), cieniu budynku, człowieka.

18. Używany w optyce do zmiany kierunku biegu fal świetlnych, a poprzez to, że zmiana kierunku zależy od długości fali, jest używany do analizy widmowej światła. Zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia pozwala użyć pryzmatu jako idealnego elementu odbijającego światło. Pryzmaty wykorzystywane są w produkcji wielu urządzeń optycznych, np.: lornetek, peryskopów. Dający najszerszą tęczę pryzmat wykonany ze szkła kwarcowego ma kąt między ścianami wynoszący 62°, ze szkła crown ZN – 78°, a ze szkła flint – ok. 82°-86°

19. Rozszczepienie światła jest wynikiem zjawiska dyspersji, powodującego różnice w kącie załamania światła o różnej długości fali przy przejściu z powietrza do wody i z wody do powietrza. Tęcza powstaje w wyniku rozszczepienia światła załamującego się i odbijającego się wewnątrz kropli wody (np. deszczu) o kształcie zbliżonym do kulistego. Kiedy światło słoneczne przenika przez kropelki deszczu, woda rozprasza światło białe (mieszaninę fal o różnych długościach), na składowe o różnych długościach fal (różnych barwach), i oko ludzkie postrzega łuk składający się z sześciu kolorów: czerwony, pomarańczowy, żółty, zielony, niebieski i fioletowy. To są właśnie kolory tęczy.

20. Najbardziej znany przykład dyspersji światła to rozszczepienie światła widzialnego na pryzmacie. Jako pierwszy to zjawisko zaobserwował Isaac Newton, badając rozszczepienie światła słońca. Obraz uzyskany dzięki dyspersji pozwala na pomiar widma fali świetlnej. Jednym z widocznych skutków dyspersji jest powstawanie tęczy. W tym wypadku rozszczepienie zachodzi na kropelkach wody unoszących się w powietrzu.Rozszczepienie światła białego zachodzi na skutek różnic prędkości rozchodzenia się poszczególnych świateł barwnych w ciałach przezroczystych. W próżni wszystkie światła, niezależnie od barwy, rozchodzą się z taką samą prędkością. W ciałach przezroczystych najszybciej rozchodzi się światło czerwone, najwolniej fioletowe.Oznacza to, że współczynnik załamania dla danej barwy nie jest stały, lecz zależy od długości λ danej fali świetlnej. Zależność n(λ) nosi nazwę dyspersji światła.

21. Projekt „ROZWÓJ PRZEZ KOMPETENCJE” jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Program Operacyjny Kapitał Ludzki 2007-2013 CZŁOWIEK – NAJLEPSZA INWESTYCJA Publikacja jest współfinansowana przez Unię Europejską w ramach środków Europejskiego Funduszu Społecznego Prezentacja jest dystrybuowana bezpłatnie