Laborky – optika – odraz a lom světla

Optika – odraz a lom světla

Úkol:

Cílem tohoto cvičení bylo provést měření úhlu odrazu, úhlu lomu a mezního úhlu z různě opticky hustých prostředí. Následně jsme měli spočítat index lomu skla a mezní úhel.

Teorie:

Zákon odrazu nám říká, že úhel odrazu α′ se rovná úhlu dopadu α.

Snellův zákon popisuje lom světla. Pokud světlo prochází z opticky řidšího prostředí do opticky hustšího prostředí láme se ke kolmici. Pokud prochází z opticky hustšího do opticky řidšího láme se od kolmice. Snellův zákon zní: $\frac{\sin\alpha}{\sin\beta} = \frac{n_{2}}{n_{1}}$

Pokud světlo prochází z opticky hustšího do opticky řidšího prostředí může nastat tzv. totální odraz. Tento jev nastane v případě, že úhel dopadu je větší než mezní úhel. Mezní úhel je takový úhel α, při kterém je úhel lomu β roven 90°.

Mezní úhel můžeme spočítat pomocí snellova zákona: $\sin\alpha_{M} = \frac{n_{2}}{n_{1}}$

Postup:

1. V tomto laboratorním cvičení jsme prováděli tři různé úkoly:

   1. měření úhlu odrazu – laserovým paprskem jsme mířili do zrcátka. Zrcátko bylo položené na papíře s vytisknutými hodinami, díky kterým jsme mohli odečíst úhel. Měření jsme třikrát opakovali.

   2. měření úhlu lomu

      1. z opticky řidšího prostředí – laserovým ukazovátkem jsme svítili ze vzduchu do skla. Měření jsme prováděli pětkrát.

      2. z opticky hustšího prostředí – svítili jsme ze skla do vzduchu. Měření jsme prováděli pětkrát.

   3. měření mezního úhlu – laserovým ukazovátkem jsme svítili do skla, tak aby úhel lomu byl 90°.

2. U každého měření jsme pořídili jednu fotografii.

3. Nakonec jsme vypočítali mezní úhel z dat naměřených v druhé úloze a porovnali ho s naměřeným mezním úhlem. Určili jsme také index lomu skla.

Výsledky měření:

Měření úhlu odrazu:

• naměřili jsme hodnoty 30°, 45° a 60°

Měření úhlu lomu z opticky řidšího prostředí:

Měření úhlu lomu z opticky hustšího prostředí:

Měření mezního úhlu:

• mezní úhel má podle našeho měření hodnotu 44°

Totální odraz

Diskuse výsledků:

Naším cílem bylo pomocí dvou měření vypočítat index lomu skla. Ten se podle tabulek pohybuje v rozmezí 1,5 až 1,9. Z dat prvního měření (světlo procházelo ze vzduchu do skla) vyšla hodnota indexu lomu skla na 1,4765. Relativní odchylka je poměrně malá, tedy 1,28 %. Z dat druhého měření (světlo procházelo ze skla do vzduchu) vyšla hodnota indexu lomu skla přibližně o 10 vyšší, tedy 1,5778. Relativní odchylka v tomto případě vyšla 7,73 %, což už značí větší nepřesnost v měření. Myslím si, že tato nepřesnost mohla vzniknout naší hrubou chybou při odečtu hodnot. Ve výpočtu by chyba být neměla, vzhledem k tomu, že jsem výpočet prováděla pomocí funkcí v excelu.

Druhým cílem bylo spočítat mezní úhel a porovnat ho s tím naměřeným. Výpočtem jsme došli k úhlu 39,33°, naměřená hodnota je 44°. Podle tabulek by mezní úhel pro průchod světla ze skla do vzduchu měl být 42°. Jelikož se naše hodnoty pohybují okolo této, považuji měření za přesné bez většího zatížení chybou.