Dane INFORMACYJNE

2. Dane INFORMACYJNE • Nazwa szkoły: • Katolickie Liceum Ogólnokształcące • ID grupy: • 97_11_MF_G2 • Kompetencja: • Matematyczno - fizyczna • Temat projektowy: • Zjawiska optyczne w atmosferze • Semestr/rok szkolny: pierwszy – 2009/2010

3. Tajemniczy świat optyki • W tym projekcie dowiemy się co to jest, czym się zajmuje i jakie zastosowanie ma optyka, oraz skąd biorą się zjawiska optyczne.

4. Ale co to jest optyka…? 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. PRAWO I SCHEMAT odbicia światła • Światło padające na granicę dwóch ośrodków może ulec odbiciu. Dzieje się tak bardzo często, przy czym dodatkowo część wiązki świetlnej może dodatkowo ulegać załamaniu. • β = α • Kąt odbicia równy jest kątowi padania. • Kąty - padania i odbicia leżą w jednej płaszczyźnie. • zgodnie z prawem odbicia, które mówi, że jeśli kąt padania i kąt odbicia leżą w jednej płaszczyźnie, to kąt padania jest równy kątowi odbicia: α= α’ . Dzięki zjawisku odbicia widzimy nasze otoczenie. Wszystkie przedmioty odbijają światło, które trafia do naszych oczu z informacją o wyglądzie tych ciał. • Dzieje się tak bardzo często, przy czym dodatkowo część wiązki świetlnej może dodatkowo ulegać załamaniu.

6. Prawo i schemat załamania światła • Prawo załamania światła łączy ze sobą dwa kąty - kąt padania na powierzchnię rozgraniczającą dwa ośrodki i kąt załamania powstający gdy promień przejdzie granicę i zacznie się rozchodzić w drugim ośrodku • *kąty padania i załamania są liczone od normalnej do powierzchni, a nie od samej powierzchni. • Prawo załamania – postać podstawowa α– kąt padaniaβ – kąt załamaniav1 – prędkość światła w ośrodku 1v2 – prędkość światła w ośrodku 2

7. Druga postać prawa załamania • v– prędkość światła w ośrodkuc – prędkość światła w próżni n – bezwzględny współczynnik załamania

8. A wygląda to tak: ODBICIE ZAŁAMANIE

9. Konstrukcje obrazu w zwierciadłach • Aby do końca móc zrozumieć istotę optyki, trzeba zapoznać się z konstrukcjami obrazu, jaki powstaje po odbiciu od płaskich powierzchni.

10. Konstrukcja obrazu w zwierciadle kulistym • Zwierciadło kuliste stanowi część gładkiej, wypolerowanej powierzchni kuli. Rozróżniamy zwierciadła kuliste wklęsłe i wypukłe.

11. Konstrukcja obrazu w zwierciadle kulistym wklęsłym Oznaczenia w zwierciadłach: • x – odległość przedmiotu od zwierciadła, • h – wysokość przedmiotu, • y –odległość obrazu od zwierciadła • H –wysokość obrazu • f –ogniskowa (odległość ogniska od zwierciadła) jest równa połowie długości promienia krzywizny zwierciadła, • F –ognisko, czyli punkt przecięcia promieni odbitych, • O –środek krzywizny zwierciadła, czyli środek kuli, z której zwierciadło zostało wycięte • r –promień krzywizny zwierciadła, czyli promień kuli, z której zwierciadło zostało wycięte. • Gdy promienie świetlne odbijają się od wewnętrznej powierzchni czaszy kulistej, wówczas mamy do czynienia ze zwierciadłem kulistym wklęsłym. • Obrazy w zwierciadle kulistym wklęsłym mogą być odwrócone lub proste, rzeczywiste i pozorne oraz powiększone i pomniejszone. Przedstawię możliwe przypadki tej zależności:

12. 1. Położenie przedmiotu: x > 2f • Przedmiot znajduje się w odległości większej od podwójnej ogniskowej (x>2f) przed zwierciadłem. • Powstały obraz jest rzeczywisty, pomniejszony i odwrócony. Powstaje pomiędzy ogniskiem i środkiem krzywizny( środek kuli) zwierciadła.

13. 2. Położenie przedmiotu: x = 2f • Przedmiot znajduje się w odległości równej podwójnej ogniskowej i jest także równe promieniowi krzywizny zwierciadła ( x=r=2f). • Powstały obraz jest rzeczywisty, odwrócony (wielkość ma taką samą). Powstaje w miejscu, gdzie jest obraz.

14. 3. Położenie przedmiotu: f < x < 2f • Przedmiot znajduje się pomiędzy ogniskiem a środkiem krzywizny (f<x<2f). • Otrzymany obraz jest rzeczywisty, powiększony i odwrócony. Powstaje za środkiem krzywizny zwierciadła.

15. 3. położenie przedmiotu: x = f • Odległość przedmiotu od zwierciadła równa się ogniskowej. • Obraz nie powstanie, ponieważ promienie świetlne biegną równolegle, więc nigdy się nie przetną.

16. Zwierciadło kuliste wypukłe • Obraz w zwierciadle kulistym wypukłym ma zawsze te same cechy: jest pozorny, prosty, pomniejszony. • Jego wielkość wzrasta, gdy przedmiot zbliżamy do zwierciadła. • Gdy promienie świetlne odbijają się od zewnętrznej powierzchni czaszy kulistej, mówimy o zwierciadle kulistym wypukłym. • Ma ognisko pozorne.

17. Równania zwierciadła kulistego • Powiększenie • Powiększenie p obrazu w zwierciadłach wyrażone jest zależnością: • Gdzie:    • x - odległość przedmiotu od zwierciadła  • f - ogniskowa zwierciadła • f < 0 - zwierciadło wypukłe • f > 0 - zwierciadło wklęsłe • y - odległość obrazu od zwierciadła LUB p= H/h • y - odległość obrazu od zwierciadła

18. SOCZEWKI • Soczewka - jest to proste urządzenie optyczne składające się z jednego lub kilku bloków przezroczystego materiału (np. szkła,żeli). Może powstać z dwóch pryzmatów o odpowiednio wyprofilowanym ośrodku. Istotą soczewki jest to, że jedna z powierzchni roboczych jest zakrzywiona - jest wycinkiem sfery, innej obrotowej krzywej stożkowej jak parabola, hiperbola lub elipsa, albo walca. • Równanie soczewki opisuje się wzorem: • 1/x+1/y=1/f

19. Rodzaje soczewek SKUPIAJĄCA ROZPRASZAJĄCA

20. Przejście światła przez pryzmat Tak to wygląda: A taka jest tego istota: Podczas gdy światło białe ulegnie przejściu przez pryzmat, następuje jego efektowne rozczepienie na wszystkie barwy tęczy.

21. Zadania • Nasza grupa, po opracowaniu zagadnień i teorii wykonywała ćwiczenia, które miały utrwalić nabytą wiedzę.

22. 1. szybkość światła w pewnym ośrodku optycznym v= m/s. jaki jest bezwzględny współczynnik załamania światła w tym ośrodku? • Obliczamy współczynnik załamania ze wzoru n = c/v gdzie n- współczynnik załamania, c- prędokość światła w próżni, v- prędkość światła. • n=? • V= m/s • c = 3 m/s • n = 3x108 m/s: 2x108m/s= 1,5 • n= 1,5 • Odpowiedź: Współczynnik załamania wynosi 1,5.

23. 2. Promień światła biegnący w powierzchni pada na powierzchnię cieczy pod kątem a= 30°. Jaki jest kąt załamania β w cieczy, jeżeli szybkość światła w tej cieczy wynosi 2,1*108? Z prawa załamania obliczamy sin β: 0,5*2,1*108=3*108*sin β 1,05*108 =3*108*sin β sin β = 0,35 β = 20,5 ° Odpowiedź: Kąt załamania wynosi 20,5 °. α = 30° β = ? v1 = 3*108m/s v2 = 2,1*108m/s Prawo załamania:

24. 3. Przedmiot położony jest w odległości x=0,8m od wklęsłego zwierciadła kulistego o promieniu krzywizny r = 0,4m. W jakiej odległości od zwierciadła znajduje się obraz tego przedmiotu? • Dane: • x = 0,8m • r = 0,4m • Szukane: • y = ? • 1. Z równania zwierciadła obliczamy odległości między soczewką a zwierciadłem: • 1/x + 1/y = 1/f • 0,4 : 2 = 0,2 • f = 0,2 • 2. Z promienia krzywizny obliczamy ogniskową: • 1/0,8 + 1/y = 1/0,2 • 1/y = 5 – 1,25 = 3,75 • y = 0,27m = 27cm • Odpowiedź: Obraz tego przedmiotu znajduje się w odległości 27cm.

25. 4. Płomień świecy oddalony jest o x=1,2m od wypukłego zwierciadła kulistego o ogniskowej f=0,4m. Ile razy pomniejszony jest obraz płomienia? 2. Z równania p= y/x liczymy powiększenie/pomniejszenie P= powiększenie/pomniejszenie Y= odległość między soczewką a zwierciadłem X= odległość między przedmiotem a zwierciadłem P= y/x P= -0,3/1,2 P= -0,25 Odpowiedź: Obraz jest pomniejszony 4 razy. • Dane: • X= 1,2m • F= -0,4 • P= ? • Z równania na zwierciadło obliczamy odległość między soczewką a zwierciadłem: • 1/f = 1/x+ 1/y • 1/-0,4 = 1/1,2 + 1/y • 1/y= 1/-0,4 - 1/1,2 • 1/y= -3/1,2 – 1/1,2 • 1/y = -4/1,2 • 4y = -1,2 • Y = -0,3

26. zjawiska optyczne w atmosferze • Zjawiska optyczne, które możemy zaobserwować w atmosferze od wieków są obiektem podziwu ludzi, których fascynuje ich efektowność. Ich powstanie zawdzięczamy odbiciu, załamaniu i/lub rozproszeniu światła.

27. gloria • Polega na wystąpieniu barwnych pierścieni wokół cienia obserwatora widocznego na tle chmur lub mgły. • Gloria powstaje na skutek 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. • Zjawisko to występuje w chmurach położonych na wprost przed obserwatorem albo niżej od niego, tj. w górach lub przy obserwacjach z samolotu. Na te same chmury pada cień obserwatora i wówczas wydaje się, że gloria otacza cień jego głowy.

28. halo • Zjawisko a w sumie zjawiska halo, to zjawiska optyczne w atmosferze, tworzące w pobliżu tarczy Słońca lub Księżyca luki i smugi oraz barwne pierścienie. Świecące pierścienie wokół Słońca lub Księżyca, są od strony wewnętrznej z reguły czerwone, od strony zewnętrznej zaś maja fioletowy brzeg. Czasami można zaobserwować białe słupy świetlne przebiegające pionowo powyżej lub poniżej tarczy Słońca lub Księżyca. Innym zjawiskiem może być występowanie po obu stronach Słońca i Księżyca tak zwanego słońca (bądź księżyca) pozornego, występującego pod postacią błyszczącej plamy.

29. Gloria iryzacja, czyli tęczowanie • Iryzacja, tęczowanie – to zjawisko optyczne polegające na powstawaniu tęczowych barw w wyniku interferencji światła białego odbitego od przezroczystych lub półprzezroczystych ciał składających się z wielu warstw substancji o różnych własnościach optycznych. Występuje m.in. na powierzchni minerałów, plamach cieczy (np. benzyny), bańkach mydlanych a czasem w atmosferze – na chmurach. Bywa też wywoływane sztucznie i wykorzystywane przy produkcji ozdobnych iryzowanych wyrobów szklanych i ceramicznych. Nazwa pochodzi z mitologii greckiej od imienia bogini Iris – posłanki bogów, będącej personifikacją tęczy.

30. słup słoneczny • Zjawisko optyczne związane m.in. z odbiciem światła nisko położonego Słońca. • Najłatwiej jest go zaobserwować tuż przed wschodem Słońca, lub tuż po jego zachodzie. • Przybiera formę świetlnej kolumny, na ogół zabarwionej czerwonawo, przemieszczającej się wraz ruchem Słońca pod horyzontem.

31. fatamorgana- miraż • Zjawisko powstania pozornego obrazu odległego przedmiotu w wyniku różnych współczynników załamania światła w warstwach powietrza o różnej temperaturze, a co za tym idzie, gęstości. Początkowo fatamorganą nazywano miraże pojawiające się w Cieśninie Mesyńskiej, gdzie są one najefektowniejsze. Miraże dzielą się na 2 rodzaje – miraż dolny i górny.

32. miraże DOLNY GÓRNY Miraż górny to zjawisko załamania występujące wielokrotnie w kolejnych warstwach powietrza, powodujące że światło rozchodzi się po linii krzywej. Jeżeli obserwator znajdzie się w miejscu, gdzie dochodzi światło odbite od statku, to na przedłużeniu promieni wpadających do jego oka, zobaczy prosty obraz statku na tle nieba. Miraż dolny obserwuje się pod horyzontem. Decydującym czynnikiem warunkującym jego powstawanie jest dostatecznie silne nagrzanie dużej powierzchni podłoża (np. piasku na pustyni, asfaltowej szosy, ściany dużego budynku itp.). Promienie świetlne są wówczas zakrzywiane w górę, ku chłodniejszemu, a więc gęstszemu powietrzu. Sytuacja taka ma na przykład miejsce na obszarach pustynnych, gdzie pod wieczór piasek oddaje swe ciepło, ogrzewając warstwę powietrza tuż nad swoją powierzchnią, podczas gdy wyższa warstwa jest już chłodna. Zakrzywione promienie docierają do oka obserwatora pozornie z innego kierunku co wywołuje powstanie obrazu zwierciadlanego. Miraże dolne mogą być odwrócone lub proste. Podobnie powstaje miraż obserwowany na rozgrzanej drodze. Wygląda on jak kałuża wody, w której widzimy odbicie. Jest to efekt pozornych odbić dalekiego krajobrazu lub nieba.

33. podsumowanie • Dziękujemy AS-owi za możliwość wzięcia udziału w projekcie. Dzięki niemu nauczyliśmy się rozwiązywać skomplikowane problemy, oraz dowiedzieliśmy się bardzo wielu ciekawych rzeczy, które pozwoliły nam rozszerzyć swoje zainteresowania, wiedzę i umiejętności, co nie byłoby możliwe, gdyby nie przynależność do projektu.

34. Bibliografia • „Fizyka – słownik encyklopedyczny”, Europa 2001 • B. Mendel, J. Mendel „Fizyka i astronomia. Zbiór zadań. Cz. 3”, Nowa Era 2005 • H. Breuer, „Atlas fizyki”, Prószyński i S-ka 2000 • M. Fiałkowska, K. Fiałkowski, B. Sagnowska „Fizyka dla szkół ponadgimnazjalnych” , ZamKor • http://www.naukowy.pl/encyklopedia/S%C5%82up_s%C5%82oneczny • http://pl.wikipedia.org/wiki/Gloria_(optyka) • http://pl.wikipedia.org/wiki/Halo • http://pl.wikipedia.org/wiki/Iryzacja