E-učionica za učenje fizike

Arhiva za kategoriju ‘Fizika III’

Prelamanje svetlosti kroz prizmu

Prelamanje svetlosti kroz prizmu

kada se bela svetlost usmeri na jednu od bočnih strana prizme svetlosni zraci se dva puta prelamaju: pri ulasku i pri izlasku iz prizme. Zbog disperzije svetlosti, pri tome se dobija spektar bele svetlosti i na zaklonu se vide: crvena, narandžasta, žuta, zelena, plava i ljubičasta boja.

Crveni zraci (najmanje frekvencije) prelamaju se pod najmanjim uglom a ljubičasti zraci (najveće frekvencije) se prelamaju pod najvećim uglom skretanja.

Disperzioni ugao – ugao između graničnih zraka ljubičaste i crvene komponente bele svetlosti posle prelamanja kroz staklenu prizmu (δ= δlj – δc). To je ugao između pravaca crvenog i ljubičastog svetlosnog zraka. Od tog ugla zavisi širina spektra.

prizma_prelamanje

Slika: disperzioni ugao. Od vrednosti disperzionog ugla zavisi širina spektra

Zrak monohromatske svetlosti pada na prizmu pod upadnim uglom α1 i ulazi u optički gušću sredinu pri čemu se zrak prelama ka normali (prelomni ugao β1). Zrak prolazi kroz prizmu i pada na drugu graničnu površinu pod upadnim uglom β2. Zrak izlazi iz prizme (ide iz optički gušće u optički ređu sredinu i odbija se od normale, prelomni ugao α2).

prizma_slika-prelamanja

Slika: Prelamanje svetlosti kroz prizmu. izvor: http://www.maturski.org

 

θ- prelomni ugao prizme: θ= β1+ β2

α1-upadni ugao

β1-prelomni ugao(zrak ide iz ređe u gušću sredinu, odbija se ka normali; α1> β1)

β2-upadni ugao (zrak ide iz gušče u ređu sredinu i odbija se od normale: α2> β2)

α2-prelomni ugao

Disperzioni ugao (ugao devijacije):

se izračunava kao spoljašnji ugao trougla (na slici, trougao sa „isprekidanim“ katetama):

δ= α11+ α22= α1+ α2 – (β1+ β2)= α1+ α2 – θ

Formula koja važi za prelamanje zraka na prvoj graničnoj površini:

formula_indeks,

gde je n indeks prelamanja svetlosti (stakla od koga je napravljana prizma).

 

Njutnov eksperiment sa prizmom

Newton’s Prism Experiment

Slika

Prelamanje svetlosti kroz sočiva

 Sočiva

sociva1

 Konstrukcija lika kod sočiva

sociva-2

 

Izvori svetlosti

svetlost-1svetlost-2

Slika

Sferna ogledala

Sferna ogledala

sferna-ogledala-1

 

Konstrukcija lika kod sfernih ogledala

sferna-ogledala-2

 

Optički kablovi

Optički kablovi predstavljaju osnovu¹ za telekomunikacione mreže. Kod optičkih kablova optička vlakna prenose digitalne signale u obliku modulisanih svetlosnih impulsa.

opticki kablovi-1

Optički kablovi su osnova za tekekomunikacione mreže, slika: http://radlovacki.users.sbb.rs/downloads/v03.Opticki.Kablovi.pdf

Karakteristike:

  1. relativno bezbedan način prenosa podataka (zato što ne prenose električne impulse i ne mogu se prisluškivati)
  2. ne podležu električnim smetnjama
  3. najmanje slabljenje signala duž kabla
  4. izuzetno velike brzine prenosa na velikim udaljenostima
  5. galvansko razdvajanje instalacija (za razliku od bakarnih kablova koji prave problem sa uzemljenjem i atmosferskim pražnjenjem)

Primena:

  1. umrežavanje više objekata
  2. kod objekata gde se predviđa veliki mrežni saobraćaj

Napomena: prilikom postavljanja kablova treba poštovati pravila o savijanju jer isuviše veliki ugao savijanja može da uspori prostiranje svetlosti.

Sistemi prenosa sa optičkim kablovima sastoje se od 3 osnovna dela:

  1. predajnik (izvor svetlosti: LED ili laserska dioda)
  2. optičko vlakno
  3. prijemnik (foto senzor)

Princip rada: Standardni električni signal se dovodi na lasersku ili LED diodu koje vrše konverziju signala u svetlost, zatim se svetlost ubacuje u optičko vlakno na čijem drugom kraju je prijemnik koji vrši opto-električnu konverziju posle koje se dobija standardni električni signak. Princip po kome se informacija prenosi po optičkom vlaknu bazira se na fizičkom fenomenu – totalnoj refleksiji.

Sastav optičkog jezgra

  1. jezgro – od stakla određenog indeksa prelamanja
  2. omotač – obavija jezgro, takođe je od stakla ali sa drugom vrednosti indeksa prelamanja. Svetlost se ubaci u jezgro pod određenim uglom potrebnim da dođe do totalne refleksije, zbog koje se svetlosni zrak neprestano odbija od granične površine jezgro-omotač putujući tako kroz vlakno do prijemnika
  3. sloj za povećanje savitljivosti
  4. zaštitni materijal
  5. izolacija
sastav-optickog-kabla

Sastav optičkog kabla: jezgro, omotač, sloj za povećanje savitljivosti, zaštitni materijal, izolacija, slika: http://radlovacki.users.sbb.rs/downloads/v03.Opticki.Kablovi.pdf

  1. monomodni (singlemode – SMF) – tanji i omogućavaju prostiranje jednog svetlosnog zraka
  2. multimodni (multimode – MMF) – deblji i omogućavaju prostiranje više zraka iz različitih izvora

Napomena: U tehnološkom procesu lakše je proizvesti vlakno većeg prečnika. Zato se multimodna vlakna češće koriste. Jeftiniji su i danas dominantni kod lokalnih računarskih mreža. Kod većih rastojanja koje je potrebno premostiti koriste se monomodna vlakna. Kod računarskih mreža svaki link zahteva 2 vlakna – jedan za predaju a drugi za prijem.

1. izvor: http://radlovacki.users.sbb.rs/downloads/v03.Opticki.Kablovi.pdf

Osnovi geometrijske optike

Geometrijska optika posmatra svetlost kao – polupravu koja polazi iz svetlosnog izvora pri čemu se strelicom označava smer kretanja. Zasniva na četiri osnovna zakona:

  1. zakon pravolinijskog prostiranja svetlosti
  2. zakon nezavisnosti prostiranja svetlosti
  3. zakon odbijanja svetlosti
  4. zakon prelamanja svetlosti

Opisivanje svetlosti uz pomoć geometrije može se koristiti kod konstrukcije likova kod ogledala (ravnih i sfernih), sočiva i optičkih aparata.

zrake svjetlosti 2

Svetlosni zrak kao poluprava je najpogodniji pristup za konstrukciju likova, slika: http://www.kontaktne-lece.eu/magazin/zakoni-geometrijske-optike/

 

 

 

 

 

 

 

Pojave kao što su difrakcija, disperzija i polarizacija (kada svetlost ispoljava talasna svojstva) ili fotoefekat (kada svetlost ispoljava kvantna odnosno čestična svojstva) ne mogu se objasniti uz pomoć geometrijske optike.

OSNOVNI ZAKONI, POJMOVI I PRIMER PRIMENE

APSOLUTNI INDEKS PRELAMANJA – odnos brzine svetlosti u vakuumu i datoj sredini (co-brzina svetlosti u vakumu; c- brzina svetlosti u datoj sredini)

prelamanje svetlosti 3

Apsolutni indeks prelamanja.  slika:https://sites.google.com/site/fizikazaosnovce678/home

  1. ZAKON PRAVOLINIJSKOG PROSTIRANJA SVETLOSTI – u optički homogenoj sredini svetlost se prostire pravolinijski
  2. ZAKON NEZAVISNOSTI PROSTIRANJA SVETLOSTI- svetlosni zraci međusobno ne deluju i nema međusobnog ometanja zraka
  3. ZAKON ODBIJANJA SVETLOSTI -upadni ugao jednak je odbojnom uglu. Upadni ugao, normala i odbojni ugao leže u istoj ravni

odbijanje svetlosti 1

Zakon odbijanja svetlosti. slika: https://sites.google.com/site/fizikazaosnovce678/home

  1. ZAKON PRELAMANJA SVETLOSTI- Ako  zrak prelazi iz optički ređe u optički gušču sredinu prelama se ka normali (i obrnuto)

prelamanje svetlosti 1 (1)

Zakon prelamanja svetlosti. slika:https://sites.google.com/site/fizikazaosnovce678/home

  1. TOTALNA REFLEKSIJA – je optička pojava koja nastaje kada svetlosni zrak dolazi iz optički gušće sredine a čiji je upadni ugao veći od graničnog ugla (odbija se kao kod ravnog ogledala).

totalna refleksija 1

Totalna refleksija: granični ugao je onaj kome odgovara prelomni ugao od 90 stepeni. Ako je upadni ugao veći od graničnog ugla zrak ne prelazi u drugu sredinu već se odbija od granične površine i vraća u istu sredinu. Granični ugao za staklo – vazduh iznosi 42 stepena, a za vodu-vazduh 48,5 stepeni. slika: https://sites.google.com/site/fizikazaosnovce678/home

Primer primene totalne refleksije: OPTIČKI KABAL

OPTIČKI KABAL je osnova za telekomunikacione mreže. Optička vlakna prenose digitalne signale u obliku modulisanih svetlosnih impulsa. Princip po kome se informacija prenosi po optičkom vlaknu bazira se na fizičkom fenomenu – totalnoj refleksiji.

sastav-optickog-kabla

Sastav optičkog jezgra

1. jezgro – od stakla određenog indeksa prelamanja

2. omotač – obavija jezgro, takođe je od stakla ali sa drugom vrednosti indeksa prelamanja. Svetlost se ubaci u jezgro pod određenim uglom potrebnim da dođe do totalne refleksije, zbog koje se svetlosni zrak neprestano odbija od granične površine jezgro-omotač putujući tako kroz vlakno do prijemnika

3. sloj za povećanje savitljivosti

4. zaštitni materijal

5. izolacija

Oblak oznaka

%d bloggers like this: