ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ

Παρουσίαση με θέμα: "ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ
ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΘΛΑΣΗ Όταν μια φωτεινή δέσμη, που διαδίδεται σε ένα υλικό μέσο, συναντήσει τη διαχωριστική επιφάνεια που χωρίζει το αρχικό μέσο διάδοσης από ένα άλλο διαφανές μέσο, τότε ένα μέρος της ανακλάται και συνεχίζει να ταξιδεύει στο πρώτο μέσο, ενώ ένα άλλο μέρος της συνεχίζει το ταξίδι του στο δεύτερο μέσο.

2 ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΚΑΤΟΠΤΡΙΚΗΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ
ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΚΑΤΟΠΤΡΙΚΗΣ ΑΝΑΚΛΑΣΗΣ Η προσπίπτουσα και η ανακλώμενη ακτίνα σχηματίζουν, στο σημείο ανάκλασης, γωνίες θπ και θα αντίστοιχα με την κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια. Για τις γωνίες αυτές ισχύει θπ=θα.

3 ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΘΛΑΣΗ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ
ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΑΝΑΚΛΑΣΗ ΚΑΙ ΔΙΑΘΛΑΣΗ Οι ακτίνες που εισέρχονται στο διαφανές μέσο 2 αλλάζουν διεύθυνση διάδοσης. Το φαινόμενο αυτό λέγεται διάθλαση. Όταν οι ακτίνες εισέρχονται σε οπτικά πυκνότερο διαφανές μέσο, τότε πλησιάζουν προς την κάθετη στη διαχωριστική επιφάνεια ενώ όταν εισέρχονται σε οπτικά αραιότερο μέσο τότε απομακρύνονται από την κάθετη. Διαφανές μέσο 1 Διαφανές μέσο 2 θπ θα θδ Προσπίπτουσα Ανακλώμενη Διαθλώμενη Κάθετη Διαχωριστική επιφάνεια

4 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ
ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ Ο λόγος για τον οποίο το φως διαθλάται καθώς διέρχεται από το ένα υλικό μέσο στο άλλο, είναι ότι η ταχύτητά του έχει διαφορετικές τιμές στα δύο μέσα. Το φως διαδίδεται στο κενό με ταχύτητα c0=3∙108 m/s. Μέσα όμως σε κάποιο υλικό η ταχύτητα του φωτός είναι πάντα μικρότερη από τη c0. Για διευκόλυνση μας ορίζουμε ένα συντελεστή που ισούται με το πηλίκο της ταχύτητας c0 του φωτός στο κενό προς την ταχύτητα c μέσα σε κάποιο υλικό, και ονομάζεται δείκτης διάθλασης (n) του υλικού μέσου.

5 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ
ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ δείκτης διάθλασης υλικού μέσου (n) Επειδή η ταχύτητα του φωτός μέσα σε ένα υλικό είναι πάντοτε μικρότερη από την ταχύτητα του στο κενό, από τον ορισμό προκύπτει ότι ο δείκτης διάθλασης για οποιοδήποτε υλικό είναι πάντοτε μεγαλύτερος από την μονάδα , ενώ για το κενό ισχύει n=1. Στον αέρα είναι 1, οπότε κατά προσέγγιση μπορούμε να τον θεωρούμε μονάδα.

6 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ
ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ Όταν το φως διαπερνά μια διαχωριστική επιφάνεια δύο μέσων (π.χ. από το αέρα στο γυαλί) η συχνότητα f παραμένει αμετάβλητη. Τούτο γίνεται σαφές αν σκεφτούμε το εξής: το φως είναι κύμα, άρα ο αριθμός των μηκών κύματος που προσπίπτουν στη διαχωριστική επιφάνεια, ανά μονάδα χρόνου, είναι ίσος με τον αριθμό μηκών κύματος που διέρχονται από αυτήν ανά μονάδα χρόνου. Αν δε συνέβαινε αυτό, η διαχωριστική επιφάνεια έπρεπε να δημιουργεί νέα κύματα ή να εξαφανίζει τα ήδη υπάρχοντα. Δεν έχει παρατηρηθεί όμως τέτοιος μηχανισμός, που σημαίνει ότι η συχνότητα παραμένει σταθερή, καθώς το φως διέρχεται από τη διαχωριστική επιφάνεια.

7 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ
ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ Αν εφαρμόσουμε δύο φορές την θεμελιώδη εξίσωση της κυματικής για το κενό και για υλικό οπτικό μέσο θα έχουμε : Διαιρώντας τις δύο σχέσεις κατά μέλη προκύπτει :

8 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ
ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ Η τελευταία σχέση μας πληροφορεί ότι φως με μήκος κύματος λ0 στο κενό υφίσταται μεταβολή του μήκους κύματος του, όταν εισέρχεται σε ένα μέσο με δείκτη διάθλασης n. Επειδή το n είναι μεγαλύτερο της μονάδας το λ θα είναι πάντοτε μικρότερο από το λ0.

9 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ
ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ Ας υποθέσουμε ότι το φως διαδίδεται σε δύο διαφορετικά υλικά με δείκτες διάθλασης n1 και n2 αντίστοιχα, με n2>n1, τότε θα έχουμε: Διαιρώντας κατά μέλη τις παραπάνω εξισώσεις καταλήγουμε : Και επειδή n2>n1 προκύπτει λ1>λ2

10 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ
ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ Και επειδή n2>n1 προκύπτει λ1>λ2 Η τελευταία ανισότητα μας πληροφορεί ότι το μήκος κύματος στο οπτικά πυκνότερο μέσο, δηλαδή στο μέσο που έχει μεγαλύτερο δείκτη διάθλασης, έχει μικρότερη τιμή από αυτή στο οπτικά αραιότερο.

11 ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ
ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ Επειδή για το κενό είναι εξ ορισμού n=1 γίνεται κατανοητό ότι το μήκος κύματος θα έχει την μεγαλύτερη τιμή λ0 στο κενό. Ως μονάδα μέτρησης του μήκους κύματος για το ορατό φως χρησιμοποιείται υποπολλαπλάσιο του 1 m, το 1 νανόμετρο (1nm=10-9 m). Συμπερασματικά λοιπόν μπορούμε να πούμε ότι: όταν το φως διαδίδεται σε ένα οπτικό μέσο, διατηρεί αμετάβλητα την ταχύτητα (c), το μήκος κύματος (λ) και τη συχνότητα (f), ενώ, όταν αλλάζει οπτικό μέσο, τότε αλλάζουν τα μεγέθη c και λ, αλλά διατηρείται σταθερό το f, που είναι και η συχνότητα της πηγής που παράγει το φως.

12 ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΡΙΣΜΑΤΑ
ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΡΙΣΜΑΤΑ Η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι ίδια για όλα τα μήκη κύματος. Σε ένα υλικό μέσο όμως η ταχύτητα του φωτός είναι διαφορετική για διαφορετικά μήκη κύματος. Ο δείκτης διάθλασης του μέσου δεν είναι σταθερός αλλά εξαρτάται από το μήκος κύματος του φωτός.

13 ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΡΙΣΜΑΤΑ
ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ ΔΙΑΣΚΕΔΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΠΡΙΣΜΑΤΑ Η εξάρτηση της ταχύτητας του φωτός και του δέκτη διάθλασης από το μήκος κύματος ονομάζεται διασκεδασμός. Στο σχήμα φαίνεται η εξάρτηση του δείκτη διάθλασης του χαλαζία από το μήκος κύματος λ0 στο κενό. Η τιμή του n μειώνεται καθώς αυξάνεται η τιμή του μήκους κύματος. Φως μεγαλύτερου μήκους κύματος έχει μεγαλύτερη ταχύτητα σε ένα μέσο από φως μικρότερου μήκους κύματος.

14 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ
ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ Για να κατανοήσουμε το φαινόμενο της ανάλυσης του λευκού φωτός, πρέπει αρχικά να δούμε την εκτροπή (αλλαγή κατεύθυνσης) που υφίσταται μια μονοχρωματική ακτίνα φωτός που διέρχεται μέσα από ένα πρίσμα.

15 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ
ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ Έστω ότι μια δέσμη λευκού φωτός προσπίπτει πάνω σε ένα πρίσμα. Οι ακτίνες που εξέρχονται από το πρίσμα εκτρέπονται και διασκορπίζονται στο χώρο εξόδου ενώ ταυτόχρονα το λευκό φως αναλύεται σε μια πολύχρωμη συνεχή ταινία, που περιλαμβάνει γνωστά χρώματα. Η ταινία αυτή ονομάζεται φάσμα του λευκού φωτός.

16 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ
ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ Τα χρώματα του φάσματος κατά σειρά μείωσης του μήκους κύματος είναι: ερυθρό, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, κυανό και ιώδες. Τα χρώματα αυτά δεν αναλύονται σε άλλα απλούστερα και αν τα ανασυνθέσουμε θα αναπαράγουμε το λευκό φως. Παρατηρώντας την εικόνα βλέπουμε ότι οι ιώδεις ακτίνες εκτρέπονται περισσότερο, ενώ οι ερυθρές λιγότερο από τις άλλες που βρίσκονται ανάμεσά τους. Αυτό μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η γωνία εκτροπής εξαρτάται από το μήκος κύματος κάθε χρώματος.

17 ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ
ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Κάθε μονοχρωματική ακτίνα φωτός, όταν διαδίδεται σε ένα συγκεκριμένο οπτικό μέσο, χαρακτηρίζεται από ένα μοναδικό μήκος κύματος, που είναι η ταυτότητα του χρώματος για το μέσο αυτό. Ο δείκτης διάθλασης του οπτικού μέσου έχει διαφορετική τιμή για κάθε χρώμα. Η γωνία εκτροπής κάθε χρώματος, όταν αυτό διέρχεται από οπτικό μέσο, εξαρτάται από το μήκος κύματος του χρώματος και όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος τόσο μικρότερη είναι η γωνία εκτροπής.

18 ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ
ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Το ορατό φως, δηλαδή οι συχνότητες που αντιλαμβάνεται το μάτι μας, έχει όρια και τα χρώματα του έχουν μήκη κύματος που κυμαίνονται από τα 400 nm του ιώδους ως τα 700 nm του ερυθρού. Πέρα από την ιώδη περιοχή του ορατού (δηλαδή κάτω από τα 400 nm) υπάρχει αόρατη ακτινοβολία που χαρακτηρίζεται υπεριώδης ακτινοβολία. Η περιοχή υπεριώδους, του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, κυμαίνεται από 1 nm μέχρι 400 nm.

19 ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ
ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Η υπεριώδης ακτινοβολία, αν και αόρατη, κάνει αισθητή την ύπαρξή της λόγω ορισμένων ιδιοτήτων της όπως: Προκαλεί αμαύρωση σε φωτογραφικά φίλμ. Προκαλεί φθορισμό. Αυτό σημαίνει ότι όταν πέφτει πάνω σε ορισμένες ουσίες που την απορροφούν, τις διεγείρει και στη συνέχεια κατά την αποδιέγερσή τους εκπέμπουν χαρακτηριστικές ορατές ακτινοβολίες. Συμμετέχει στην μετατροπή του οξυγόνου της στρατόσφαιρας σε όζον.

20 ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ
ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ ΥΠΕΡΙΩΔΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ Όταν απορροφάται από τα υλικά σώματα τα θερμαίνει. Αυτό ισχύει βέβαια για κάθε ακτινοβολία. Όταν έχει μικρό μήκος κύματος (μεγάλη συχνότητα) προκαλεί βλάβες στο δέρμα που μπορούν να οδηγήσουν σε καρκίνο (μελανώματα). Η έκκριση μελανίνης κατά την ηλιοθεραπεία οφείλεται στην προσπάθεια του οργανισμού να προστατευθεί από την υπεριώδη ακτινοβολία. Χρησιμοποιείται για την αποστείρωση υλικών και αντικειμένων (κολυμβητήρια, χειρουργικά εργαλεία, κ.λ.π.)

21 ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ
Το ορατό φως, δηλαδή οι συχνότητες που αντιλαμβάνεται το μάτι μας, έχει όρια και τα χρώματα του έχουν μήκη κύματος που κυμαίνονται από τα 400 nm του ιώδους ως τα 700 nm του ερυθρού. Πέρα από την ερυθρή περιοχή του ορατού (δηλαδή πάνω από τα 700 nm) υπάρχει αόρατη ακτινοβολία που χαρακτηρίζεται υπέρυθρη ακτινοβολία. Η περιοχή υπερύθρου, του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, κυμαίνεται από 700 nm μέχρι (106) nm.

22 ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ
Η υπέρυθρη ακτινοβολία προκαλεί έντονη αύξηση της θερμοκρασίας των στερεών και υγρών σωμάτων. Επειδή η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι αόρατη, για την ανίχνευση της χρησιμοποιούμε ειδικά όργανα, τους φωρατές υπερύθρου. Η λειτουργία τους βασίζεται στην απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας και στη συνέχεια στη μετατροπή τους σε άλλη μορφή ακτινοβολίας (συνήθως ορατής).

23 ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ
Μερικές ιδιότητες των υπερύθρων ακτίνων είναι οι παρακάτω: Απορροφώνται επιλεκτικά από διάφορα σώματα και προκαλούν αύξηση της θερμοκρασίας τους. Διέρχονται μέσα από ομίχλη και σύννεφα, γιατί δεν απορροφώνται από αέρια. Δεν έχουν χημική δράση και δεν προκαλούν φθορισμό ή φωσφορισμό.

24 ΥΠΕΡΥΘΡΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑΤΑ
Χρησιμοποιούνται για την θέρμανση αντικειμένων και υλικών όπως για παράδειγμα στην Ιατρική για την θέρμανση συγκεκριμένων περιοχών του σώματος. Έχουν ευρεία χρήση στην τεχνολογία «οπτικών» οργάνων όπως φωτογραφικές μηχανές, διόπτρες νυχτερινής όρασης, τηλεσκόπια υπερύθρων και σε τεχνολογίες επικοινωνίας (μεταφορά δεδομένων μεταξύ κινητών τηλεφώνων, τηλεχειριστήρια κ.λ.π.).