Fyzika · Střední škola · kapitola 7

Optika

Je světlo proud částic, jak tvrdil Newton, nebo vlnění, jak tvrdil Huygens? Odpověď 20. století zní: obojí. V geometrické optice si vystačíme s paprsky, vlnová optika vysvětluje barvy mýdlových bublin a kvantová fyzika fotony.

1Podstata a šíření světla

Světlo je elektromagnetické vlnění o vlnových délkách asi 390–760 nm (fialová – červená). Ve vakuu se šíří rychlostí c = 299 792 458 m/s – tato hodnota je přesná, protože podle ní je definován metr. První odhad rychlosti světla provedl Ole Rømer (1676) z pozorování měsíců Jupiteru.

V látkách je světlo pomalejší; index lomu n = c / v (vzduch 1,0003, voda 1,33, sklo asi 1,5, diamant 2,42). Frekvence se při přechodu nemění, mění se rychlost a vlnová délka.

2Odraz a lom

3Zrcadla a čočky

Pro kulová zrcadla i tenké čočky platí zobrazovací rovnice:

1/a + 1/a' = 1/f   ·   Z = y'/y = −a'/a   ·   φ = 1/f [dioptrie, D]

a – předmětová vzdálenost, a' – obrazová, f – ohnisková vzdálenost (u dutého zrcadla f = r/2). Znaménková konvence: u spojky a dutého zrcadla f > 0, u rozptylky a vypuklého zrcadla f < 0; skutečný obraz má a' > 0.

Poloha předmětu u spojkyObrazVyužití
a > 2fskutečný, převrácený, zmenšenýfotoaparát, oko
a = 2fskutečný, převrácený, stejně velkýkopírování
f < a < 2fskutečný, převrácený, zvětšenýprojektor
a < fzdánlivý, přímý, zvětšenýlupa
Příklad

Předmět je 30 cm před spojkou s f = 10 cm. 1/a' = 1/10 − 1/30 = 2/30 → a' = 15 cm; Z = −15/30 = −0,5 – obraz je skutečný, převrácený a poloviční.

4Oko a optické přístroje

Oko je spojná soustava (rohovka + čočka, asi 60 D) vytvářející na sítnici skutečný převrácený obraz; akomodací (změnou zakřivení čočky) zaostřuje. Konvenční zraková vzdálenost je 25 cm. Krátkozrakost (oko je příliš dlouhé, obraz vzniká před sítnicí) koriguje rozptylka, dalekozrakost a vetchozrakost (ztráta akomodace s věkem) spojka.

5Vlnová optika

6Elektromagnetické spektrum

ZářeníVlnová délkaZdroj a využití
rádiové vlnymm až kmrozhlas, televize, mobilní sítě, Wi-Fi
mikrovlny1 mm – 30 cmmikrovlnná trouba, radar, satelity
infračervené760 nm – 1 mmtepelné záření, termokamery, dálkové ovladače
viditelné světlo390 – 760 nmzrak, fotosyntéza
ultrafialové10 – 390 nmopalování, dezinfekce, vitamin D; poškozuje kůži
rentgenové0,01 – 10 nmlékařská diagnostika, krystalografie
gamapod 0,01 nmradioaktivita, ozařování nádorů, sterilizace

Čím kratší vlnová délka, tím vyšší frekvence a energie fotonu (E = h · f) – proto je ultrafialové, rentgenové a gama záření ionizující a nebezpečné pro buňky.

7Kvíz – procvič si kapitolu

Komentáře a dotazy

Načítám komentáře…

Přidat komentář