1

Osnovni elementi optike

Ring Nebulaširina: 1,5 lyudaljenost od Zemlje: 2000 ly(ly =9,46∙1012 km – svetlosna godina)

Optički kablosnovno sredstvo savremenih telekomunikacija

Svetlost poseduje dvostruku prirodu - talasnu i korpuskularnu:1) Svetlost je elektromagnetni talas. Električno i magnetno polje

se prostiru kao transverzalni talas.

Fizička priroda svetlosti

2) Svetlost se sastoji iz čestica koje se kreću u pravcu njenog prostiranja. Ove čestice ne poseduju masu i nazivaju se fotoni.

Energija fotona: (h=6,626∙10-34 J∙s - Plankova konstanta)νhE f =

2

Svetlost u spektru elektromagnetnih talasa

Vidlji i kt

Ultraljub. Infracrveno Mikrotalasi

Vidljivi spektar

Gama X-zraci

- Kako je svetlost talas ima definisano: c, λ i ν.- Vidljiva svetlost ima talasnu dužinu 400-700 nm.- Talasnu dužinu oko opaža kao boju:

crvena: 600-735 nmzelena: 520-580 nmljubičasta 400-450 nm

Brzina svetlostiBrzina svetlosti u vakuumu je univerzalna fizička konstanta i iznosi približno c0=3∙108 m/s.Za sve druge sredine se definiše indeks prelamanja koji predstavlja d b i tl ti k i d t j di i

ccn 0=

odnos brzine svetlosti u vakuumu i u datoj sredini:

-U opštem slučaju indeks prelamanja zavisi od talasne dužine n=n(λ).

- U vazduhu je brzina svetlosti približno ista kao u vakuumu n≈1.j- Primeri:

voda: n=1,33staklo: n=1,46 - 1,7

- Sredine sa većim indeksom prelmamanja tj. manjom brzinom svetlosti nazivamo optički gušćim.

3

Kako je svetlost talas podleže svim talasnim pojavama:

- Odbijanje (refleksija)

Pojave pri prostiranju svetlosti

j j ( j )

- Prelamanje

- Interferencija

- Difrakcija

P l i ij- Polarizacija

Apsorbcija,transmisija, refleksijaPri prostiranju svetlosti kroz neku sredinu svetlost se delimično:-Odbija od granične površine sredine ( koeficijent refleksije R)-Prolazi kroz sredinu (koeficijent transmisije T)Prolazi kroz sredinu (koeficijent transmisije T)-Apsorbuje se u sredini pri čemu slabi njen intenzitet (koeficijent apsorpcije A)

4

-Pri apsorpciji svetlosti, svetlosna energija se pretvara u toplotnu energiju.

leII α−= 0

U homogenoj sredini intenzitet svetlosti opada po eksponencijalnom zakonu.

Geometrijska optikaKako svetlost ima kratku talasnu dužinu njeno prostiranje se može analizirati uz pomoć zrakova svetlosti.

- Zrak je normala na talasni front.-U geometrijskoj optici se smatra da se zraci prostiru nezavisno jedan od drugog.- Zrakovi se prostiru pravolinjski u pravcu i smeru prostiranja svetlosti.- Zrak se predstavlja kao usmerena duž.- Iz jednog izvora svetlosti možemo povući neograničen broj zrakova.

5

Zakon odbijanja svetlosti (refleksije)

βα =β

- Upadni ugao i odbojni ugao zraka svetlosti su jednaki.

α β

Up g j g j- Upadni i odbojni zrak leže u istoj ravni sa normalom na površinu.

Ogledalska i difuzna refleksija

Ogledalska refleksija npr. odbijanje od ogledala ili uglačane metalne površine

Difuzna refleksija, odbijanje od svake površine koja nije idealno glatka.

odbijeni zraci

g p

6

n1α

Zakon prelamanja svetlosti (refrakcije)

n2β

αsin 1c βαβα sinsin

sinsin

212

1 nncc ==

Radi se o zakonu prelamanja talasa. Ovde brzine možemo izraziti preko indeksa prelamanja sredine n.

n1

n2

αn2> n1

Primeri prelamanja zraka svetlosti:

Prelazak svestlosti iz optički ređeβ

nα

Prelazak svestlosti iz optički ređe u optički gušću sredinu. Svetlost se prelama ka normali.

n1

n2β

n1> n2

Prelazak svestlosti iz optički gušće u optički ređu sredinu. Svetlost se prelama od normale.

7

Refleksija od ravne površine (formiranje lika kod ravnog ogledala)

lik

p l

predmet

Imaginaran lik.Zraci se seku u produžetku.

lp =Predmet i lik se nalaze na jednakom rastojanju od ogledala.

Refleksija od sfernih površina (sferno ogledalo)

F – žiža sfernog ogledala, tačka gde se seku svi zraci koji padaju na ogledalo paraleno sa osom ogledala. Žiža se nalazi na udaljenju f od temena ogledala.

8

Formiranje lika kod izdubljenog sfernog ogledala

Izvrnut realan lik.

P

lp

L

lpf111 +=

Važi veza između udaljenja predmeta p, lika l i žižne daljine ogledala f :

Prelamanje na planparalelnoj pločici

n1α

n2

β

β

α n1

9

Prelamanje zraka kod sočiva

F i F su žiže sabirnog sočiva tačke gde se sabiraju svi zraci kojiF1 i F2 su žiže sabirnog sočiva, tačke gde se sabiraju svi zraci koji padaju na sočivo paraleleno sa glavnom osom sočiva.

Formiranje lika kod sabirnog sočiva

Slučaj 1: Predmet se nalazi iza žiže: p > f

Izvrnut realan lik.

P

L

Izvrnut realan lik.

lpf

lpf111 +=Kao i kod sfernog ogledala, važi ista jednačina:

10

Formiranje lika kod sabirnog sočiva

Slučaj 2: Predmet se nalazi između žiže i sočiva: p < f

Lupa

Uspravan imaginaran lik.

PL

p

lpf111 +=

l

Disperzija svetlosti

Bela svetlost

Skretanje žute svetlosti

Kako indeks prelamanja zavisi od talasne dužine tj boje svetlosti

Mera disperzije

Kako indeks prelamanja zavisi od talasne dužine tj. boje svetlosti, svetlost različitih boja se prelama pod različitim uglom. Ova pojava se naziva dipserzijom svetlosti i koristi se za razlaganje bele svetlosti na boje (dobijanje spektra).

11

Efekat staklene bašte

Sunčevo zračenje prolazi kroz atmosferu i biva apsorbovano na površini Zemlje

Apsorbovana energija je emitovana kao toplotno infracrveno zračenje.