Занятие 4. Радуга и волоконная оптика.

 

 Радуга и волоконная оптика

Радуга

Радуга у всех на виду - она обычно наблюдается в виде двух окрашенных дуг (двух соцветных луков, о которых пишет Данте), причем в верхней дуге цвета располагаются в таком порядке сверху вниз: фиолетовый,  синий,  голубой,  зеленый, желтый, оранжевый, красный, а в нижней дуге наоборот - от красного до фиолетового.

Возникновение радуги

Чтобы  объяснить  возникновение  радуги,  воспользуемся  рисунком .

Пусть на каплю водыпадает белый свет от Солнца под углом a , близким к 90° (например, a=73°).

 Преломляясь, белый свет благодаря дисперсии разложится в спектр. В самом деле, для красного света показатель преломления воды nк=1,331 и угол преломления aк = 45°54'; для синего nс=1,337 и угол преломления aс=45°36'. Разница невелика, но она есть — и это главное.

В верхней точке свет падает на границу раздела воды и воздуха под углом, близким к предельному, и потому большая часть энергии отражается внутрь воды, хотя часть света и выходит в воздух.

 То же самое происходит в нижней точке, но этот выходящий свет воспринимается глазом на фоне более темного неба. Так как капель очень много, то при определенных размерах капель, положении Солнца и наблюдателя видна яркая радуга, причем синий участок обычно расположен выше красного, что понятно из рисунка. 

 

Волоконная оптика

На явлении полного отражения основано появление целого раздела оптики — волоконной оптики, в котором изучается формирование изображений при распространении света по световодам.
 

Свет  от источника распространяется по световодам, диаметр которых в зависимости от назначения колеблется от нескольких микрометров до миллиметров. В применяемом стеклянном волокне основная световедущая жила окружена оболочкой с меньшим показателем преломления На границе раздела двух сред происходит полное отражение света. За счет этого световой пучок практически без потерь проходит от источника к освещаемой поверхности.

Применение различных устройств волоконной оптики очень широко: от техники до медицины. Например, одножильные световоды или жгуты из волокон уже много лет применяют для освещения внутренних поверхностей желудка, мочевого пузыря и других внутренних органов при диагностике и проведении операций.  Такой  прибор  называется  эндоскопом   (от  греч.  endon - внутри и skopeo — смотрю). В технике световоды применяютдля освещения  недоступных  мест,  а  также для  передачи  сигналов на большие расстояния. Модулируя световой пучок, идущий по световоду, можно по нему  на  значительные  расстояния передавать информацию - речь, музыку, изображения, информацию от вычислительных машин и т. п.

Потери  энергии света  при  прохождении  его  через световод связаны большей частью с поглощением света в жиле. Поэтому высокопрозрачные  световоды изготавливают из весьма чистых материалов. Основной метод этого производства вытягивание световода из расплава кварцевого стекла; наружная оболочка из того же кварца легируется примесями, снижающими показатель преломления (бор, германий, фосфор). 

Решение задач

1) Скорость света в каждой из двух сред соответственно равна 2,5*108м/с и 2*108м/с. Каков угол падения света на границу раздела этих сред, если угол преломления при переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную составляет 40°?

 

 

2) При падении света на границу раздела двух сред под углом 18° угол преломления составил 31°. Каким должен быть угол падения, чтобы угол преломления равнялся 50°?

     Дано                           Решение

 

3) Чему равны скорости световых волн желтого и голубого цве­тов в оптической среде с показателями преломления для них соответственно nж = 1,515, nг = 1,521? Скорость света в вакууме с = 2,998*108 м/c.

 

 

 

Сайт создан по технологии «Конструктор e-Publish»
Hosted by uCoz