Difrakce (ohyb) světla
- Další jev, který potvrzuje vlnovou povahu světla
- Odklon paprsků od směru určených zákonem přímočarého šíření
- Ohyb světla na hraně
- Ohyb světla na štěrbině
- Ohyb světla na optické (difrakční) mřížce
- Difrakci světla můžeme vysvětlit pomocí Huygensova principu
Ohyb světla na hraně
a) v geometrické optice
- na stínítku vzniká ostré rozraní mezi světlem a tmou
b) ve vlnové optice
- při dopadu na okraj překážky se světlo šíří i za ni, do oblasti geometrického stínu
- na stínítku uvidíme neostré rozhraní (bílé a tmavé proužky)
- každý bod světelného vlnění se stává zdrojem dalšího vlnění
- paprsky vycházející z jednotlivých bodů se skládají a vzniká mnohonásobná interference
Ohybové jevy jsou výrazné, má-li překážka malé rozměry
(tenké dráty, ostré hrany, úzké štěrbiny, …)
Ohyb světla na hraně 🡪
Ohyb světla na štěrbině
Na stínítku pozorujeme interferenční maxima (nultého řádu a vedlejší) a interfer. minima.
Rozložení maxima a minim záleží:
a) na šířce štěrbiny (užší štěrbina ⇒ výraznější ohyb)
b) na vlnové délce světla (frekvenci): ↑ λ ~ ↑ ohyb
Např.: ohyb s červenou barvou je výraznější než s fialovou
Pozn.: při osvětlení bílým světlem nulté maximum vidíme jako bílé, vedlejší vidíme v různých barvách (maxima různých barev jsou na různých místech)
Ohyb světla na optické mřížce
-
ohyb světla na dvou štěrbinách a na řadě rovnoběžných štěrbin
Každá ze štěrbin vytváří ohybový obrazec ⇒ obrazce se překrývají a dochází k interferenci.
je-li b velmi malé ⇒ paprsky jsou rovnoběžné
Δ s … dráhový rozdíl dvou paprsků
sinα=bΔs
Δs=bsinα
Podmínka pro interferenční maxima:
bsinα=2k⋅2λ
bsinα=kλ(k=0,1,2,…)
Při zvětšení počtu štěrbin se interferenční maxima zužují a intenzita osvětlení v nich roste.
Současně vznikají vedlejší maxima s malou intenzitou osvětlení.
b … vzdálenost štěrbin
α … úhel, pod kterým vzniká maximum
k … řád interference
λ … vlnová délka dopadajícího světla
b) ohyb světla na optické mřížce
OPTICKÁ MŘÍŽKA = soustava složená z velkého počtu stejně širokých štěrbin, které jsou rovnoběžné a v malé vzdálenosti od sebe
Platí podmínka:
bsinα=kλ(k=0,1,2,…)
b … mřížková konstanta (perioda mřížky)
Při osvětlení mřížky monofrekvenčním světlem vznikají ostrá maxima.
Při dopadu bílého světla:
→ nulté maximum – bílé
→ maxima vyšších řádů – po stranách, rozloženy do spektra
Graf intenzity světla při ohybu na jedné štěrbině (a),
na dvou štěrbinách (b)
a na pěti štěrbinách (c)
Holografie
= metoda založená na záznamu a rekonstrukci trojrozměrného obrazu
Hologram
- záznam předmětu v citlivé vrstvě fotografického filmu
- při rozdělení hologramu je v každé části opět celý obraz
- obraz můžeme vidět z různých pohledů
Využití
- zabezpečovací prvky na různých dokumentech, výrobcích, bankovkách, … (mají chránit před paděláním)
Polarizace světla
= přeměna nepolarizovaného světla ve světlo lineárně polarizované
Lineárně polarizované světlo (obr. b) – světelné vlnění, jehož vektor E kmitá v jedné rovině, tzv. KMITOVÉ ROVINĚ (např. displej mobilu)
Nepolarizované světlo (obr. a) – světelné vlnění, jehož vektor E nekmitá v jediné rovině, ale nahodile se mění (běžné zdroje světla – zářivka, Slunce, …)
- Polarizace odrazem
-
Světlo se polarizuje tak, že vektor E kmitá převážně kolmo k rovině dopadu
-
Polarizace je částečná a závisí na úhlu dopadu
-
Úplná polarizace nastává pouze při určitém úhlu dopadu
– tzv. Brewsterův úhel
- Polarizace lomem
Světlo se polarizuje tak, že vektor E kmitá převážně v rovině dopadu
- Polarizace dvojlomem
Izotropní prostředí – světlo se šíří ve všech směrech stejnou rychlostí
Anizotropní prostředí
- rychlost světla se v různých směrech liší (krystaly některých látek)
- při průchodu světla nastává dvojlom světla
– paprsek se rozdělí na dva:
→ řádný paprsek – řídí se zákonem lomu
→ mimořádný paprsek – neřídí se zákonem lomu
Islandský vápenec
- Polarizace absorpcí (pohlcením)
→ polarizační filtr (polaroid)
- Při dopadu světla na polaroid prochází pouze světlo, které kmitá jen v určitém směru.
- Světlo, jehož vektor je na tento směr kolmý se pohlcuje.
Praktické využití polarizace
-
1. Polarimetrie – zkoumá opticky aktivní látky (látky, které mají schopnost stáčet kmitovou rovinu polarizovaného světla – bílkoviny, roztoky cukru, celofán, …)
– stočení kmitové roviny je úměrné koncentraci látky v roztoku
-
2. Fotoelasticimetrie – zkoumá mechanické napětí v různých objektech (objekt osvětlíme polarizovaným světlem)
-
3. Snímání záznamu na kompaktním disku
-
4. Polarizační filtry – potlačují vyfocení odlesku od brýlí
-
6. Polarizační brýle pro rybáře – zamezují odrazům světla od hladiny
-
7. Orientace včely – pomocí polarizovaného světla ze Slunce
-
8. Zobrazovací LCD jednotky (displej s tekutými krystaly)
Tekuté krystaly - látky, které mají vlastnost kapaliny, jsou v určitém teplotním rozmezí tekuté, ale na rozdíl od kapaliny mají uspořádanou strukturu molekul (tekuté mýdlo)
2 typy TK:
→ zobrazovací v propustném světle (prosvětlené - LCD monitory, mobily, …)
- TK světlo polarizují, kmitová rovina je orientována podle přítomnosti el. pole v daném místě tekutých krystalů
→ zobrazovací v odraženém světle (neprosvětlené kalkulačky, hodinky, …)
- displej nemá vlastní zdroj světla a je možno ho pozorovat pouze při vnějším osvětlení displeje