מעבר אור מתווך שקוף לתווך שקוף

Παρουσίαση με θέμα: "מעבר אור מתווך שקוף לתווך שקוף"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 מעבר אור מתווך שקוף לתווך שקוף
אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה מעבר אור מתווך שקוף לתווך שקוף תופעת השבירה של אור שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

2 אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה
מדוע העיפרון נראה שבור? ברור לנו כי העיפרון אינו שבור. חלקו הטבול במים, נמצא במקום אחד, אך נראה במקום אחר! שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

3 אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה
מקדם שבירה של תווך שקוף אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה כאשר אור נע בריק מהירותו היא הגבוהה ביותר וכאשר הוא נע בתווך שקוף כלשהו מהירותו תהיה קטנה יותר, זאת בעקבות תכונות הצפיפות של מולקולות החומר. מקדם שבירה היחס בין מהירות האור בריק למהירות האור בתווך נבחין כי : מקדם השבירה הוא ערך חסר ממדים. מקדם השבירה הנו ערך הגדול תמיד מ- 1 (בריק ערכו שווה ל-1) משמעותו - אינדיקציה לגבי צפיפות התווך השקוף. שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

4 אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה
פגיעה, שבירה והחזרה אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה קרן אור הפוגעת במשטח ההפרדה בין שני תווכים שונים, מוחזרת בחלקה לתווך ממנו הגיעה ונשברת בחלקה לתווך השני. שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

5 פגיעה, שבירה והחזרה - תכונות
אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה בין הקרניים מתקיימים התנאים הבאים: הקרניים מונחות על מישור אחד. זווית הפגיעה שווה לזווית ההחזרה. בין הקרן הפוגעת לקרן הנשברת מתקיים חוק סנל: עוצמת הקרן הפוגעת מתחלקת בין הקרן המוחזרת והקרן הנשברת. הקרן הפוגעת והנשברת נמצאות מצדיו השונים של הנורמל. שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

6 אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה
שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

7 אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה
שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

8 אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה
שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

9 אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה
חוק סנל למה שבירה? הסיבה לשבירה היא השינוי במהירות האור במעבר מתווך אחד לשני. נוכל לדמות זאת לתנועה של מכונית במעבר ממדרכה למשטח דשא. הגלגלים הפוגעים בדשא מאיטים (עקב התנגדות העשב) ולכן המכונית סוטה ממסלולה. האור משנה את כיוונו באופן דומה לאותה מכונית. למשל אור העובר מאוויר למים. שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

10 אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה
חוק סנל (המשך) אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה מחוק סנל נוכל לקבל את הקשר הבא: נבחין בשתי אפשרויות של מעבר אור מתווך לתווך: אם n1<n2 מעבר מתווך דליל לצפוף זווית הפגיעה גדולה מזווית השבירה אם n1>n2 מעבר מתווך צפוף לדליל זווית הפגיעה קטנה מזווית השבירה שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

11 אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה
חוק סנל (המשך) אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה זווית קריטית זווית גבולית עבורה האור הפוגע במשטח ההפרדה נשבר כך שהקרן הנשברת מתקדמת במקביל למשטח ההפרדה. הזווית הקריטית נתונה על-ידי: כאשר קרן אור פוגעת במשטח ההפרדה בזווית גדולה יותר מהזווית הקריטית לא מתקבלת תופעה של שבירה – החזרה גמורה. כל עוצמת האור הפוגעת עוברת לקרן המוחזרת ומשטח ההפרדה מתנהג כמראה אידיאלית. שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

12 אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה
שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

13 חוק ההחזרה והשבירה – למה?
אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה חוק ההחזרה וחוק השבירה (חוק סנל) מתקבלים כתוצאה מעקרון הזמן המזערי של פרמה: מבין כל המסלולים שהאור עשוי לנוע בהם בדרכו מנקודה לנקודה, הוא יבחר במסלול שבו יידרש זמן מזערי (מינימלי) שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

14 עיקרון הזמן המזערי של פרמה - העשרה
אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה n2 n1 D Y1 Y2 x A B בעזרת עיקרון זה נוכל להוכיח את חוק ההחזרה וחוק השבירה. נתבונן בקרן הפוגעת במשטח הפרדה מתווך I שמקדם השבירה שלו n1 לתווך II שמקדם השבירה שלו n2. נניח שהקרן פוגעת בנקודה x. נבנה את משוואת הזמן שלוקח לאור לעבור מנקודה A לנקודה B. שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

15 עיקרון הזמן המזערי של פרמה (המשך)
אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה נדרוש שהזמן יהיה מינימלי, כלומר: n2 n1 D-x Y1 Y2 x A θ1 θ2 חוק סנל הערה כאשר נעסוק בקרן המוחזרת, מקדמי השבירה זהים והזווית נמדדת ביחס לנורמל, באותו תווך ממנו מגיע האור. חוק ההחזרה שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

16 שימושים במנסרות והסבר טופעות טבע
אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה משקפת שדה הזווית הקריטית של זכוכית היא בקירוב 430. כלומר, אור הפוגע בתוך הזכוכית בזווית הגדולה מ- 430 יעבור החזרה פנימית מלאה. בזוויות גדולות לא יימלט אור מהזכוכית, אלא יוחזר לתוכה. למעט אובדן מועט של אור בכניסתו למנסרה, ההחזרה בפיאה הנטויה היא מלאה. זוג מנסרות בעלת פאות הנטויות בזווית 450 משמשות במשקפות שדה, להארכת מסלול האור בין העדשות ובכך נחסך הצורך בשפורפרת ארוכה. יתרון נוסף שקיים במשקפת זו היא העובדה כי הדמות המתקבלת אינה הפוכה ביחס לעצם, כשם שנעשה בטלסקופים. שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

17 נפיצה – הפרדת אור לבן לצבעי הספקטרום
אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה צבעי הספקטרום שונים בתדירותם, לכן הם נעים במהירות שונה בתווך שקוף. לכן, קרניהם נשברות באופן שונה ונוטות בזוויות שונות. במקרים בהם האור נשבר פעמיים, כמו למשל במנסרות, ההפרדה בין צבעי האור עשוייה להיות בולטת יותר. מקדם השבירה של האור האדום הוא הנמוך ביותר ושל האור הסגול הוא הגבוה ביותר. כאשר צבעים אלו נמצאים בקצותיו של הספקטרום. שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)

18 אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה
הקשת בענן אופטיקה - פגיעה שבירה והחזרה צבעי הקשת המרהיבים הם תוצאה של נפיצת אור השמש במליוני טיפות גשם כדוריות הפועלות כמנסרות זעירות. הקשת שרואים היא המעטפת של חרוט תלת-ממדי המשתרע בכל תחום הטיפות. שבירת אור השמש בטיפת גשם בודדת שורצבורד קובי (C) שורצבורד קובי (C)