Transcript Difrakcija
Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIB - DIFRAKCIJA Christian Huygens (1629–1695) • 1678. dovršena rasprava o svjetlosti – prvi znanstveni rad o valnoj prirodi svjetlosti • formulirao načelo rasprostiranja svjetlosti – Huygensovo načelo • izveo zakone odbijanja i loma svjetlosti • prvi primjetio polarizaciju svjetlosti • svjetlost - valna pojava (teorija neprihvaćena do početka 19. st.) Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 HUYGENSOVO NAČELO DIFRAKCIJA VALOVA VODE U POSUDI Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 otvor prepreka šipka čije titranje proizvodi valove smjer širenja vala ogib vala prepreka valna fronta izvor vala Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 područje sjene ogib ogib ogib tlocrt Huygensovo načelo: val se ne širi samo u smjeru okomitom na pukotinu nego i u drugim smjerovima Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 YOUNGOV POKUS Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 Serway R.A., Jewett J.W. Physics for scientists and engineer na pukotini d O na prepreci R1 A d B R2 Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIB Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIB NA PUKOTINI širina pukotine usporediva s valnom duljinom svjetlosti FRESNELOV OGIB izvor, mjesto promatranja (zaslon) ili oboje konačno udaljeni od pukotine FRANUHOFEROV OGIB izvor, mjesto promatranja (zaslon) ili oboje beskonačno udaljeni od pukotine (uporaba leća za postizanje interferencije) Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIB NA PUKOTINI Ogibni uzorak na zaslonu d leća zaslon Huygensovo načelo: val se ne širi samo u smjeru okomitom na pukotinu nego i u svim drugim smjerovima Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIB NA PUKOTINI A d Ao O B Po svjetlo Bo leća zaslon Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIB NA PUKOTINI – NASTANAK SREDIŠNJEG MAKSIMUMA a1 A d B1 O X B a1 a1 l l leća zaslon Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIB NA PUKOTINI A1 OGIB NA PUKOTINI- UVJET TAME zaslon P1 tama A d B1 O X B a1 l BX = d sin a1 = l TAMA P1’ tama Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 leća A1 OGIB NA PUKOTINI – NASTANAK OGIBNOG UZORKA Ao A d P1 tama B1 O B Po svjetlo a1 X Bo P1’ tama leća zaslon Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 A1 OGIB NA PUKOTINI P2 svjetlo ali slabije! B2 A d B X 3l/2 a2 leća BX = d sin a2 = 3l/2 SVJETLO zaslon Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 A2 OGIB NA PUKOTINI – NASTANAK OGIBNOG UZORKA P1 tama d Po svjetlo P1’ tama leća Kut a određuje razmak ogibnih pruga ! zaslon Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 P2 svjetlo TAMNA PRUGA – za svaki kut za koji vrijedi d sin ai = l, 2l, 3l ... nl SVIJETLA PRUGA – za svaki kut za koji vrijedi d sin ai = 3l/2, 5l/2, 7l/2.... (2n+1)l/2 1. Za d = konst. vrijedi a ~ l tj. svjetlost veće l imat će širi ogibni uzorak 2. Za l = konst. vrijedi d ~ 1/a tj. ogibni uzorak je širi kod uže pukotine Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 UVJETI OGIBA Svjetlost veće valne duljine daje širi ogibni uzorak Svjetlost veće frekvencije daje uži ogibni uzorak Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 DIFRAKCIJSKI UZORAK NA KRUŽNOM OTVORU Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 RASPODJELA INTENZITETA SVJETLOSTI OGIBLJENE NA JEDNODIMENZIONALNOJ PUKOTINI Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIB NA JEDNODIMENZIONALNOJ PUKOTINI središnji maksimum sekundarni maksimum Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIBNI UZORAK NA KRUŽNOM OTVORU Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OPTIČKA REŠETKA Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OPTIČKA REŠETKA d d udaljenost pukotina – KONSTANTA REŠETKE So leća Zrake koje padaju okomito na rešetku – koherentne – konstruktivno interferiraju zaslon Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OPTIČKA REŠETKA OPTIČKA REŠETKA q S1 leća zaslon Zrake koje se ogibaju – izlaze pod kutem iz pukotina rešetke Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 Kut ogiba q1 A d q1 C B 1l Nastanak maksimuma prvog reda Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OPTIČKA REŠETKA A d q2 q2 C 2l B Nastanak maksimuma drugog reda Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OPTIČKA REŠETKA BC = d sin q A d q q C xl B UVJET POJAČAVANJA - SVJETLO d sin qk = k l k = 1,2,.. UVJET PONIŠTAVANJA – TAMA d sin qk = (2k+1) l/2 k = 1,2,.. k RED SPEKTRA k = 1 spektar prvog reda k = 2 spektar drugog reda k = 3 spektar trećeg reda Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OPTIČKA REŠETKA OPTIČKA REŠETKA – OGIBNI UZORAK d sin qk = k l 1. za rešetku konstante d uvjet svjetla qk ~ l qk ~ 1/d svjetlost veće valne duljine imat će širi spektar određuje razmak mjesta pojačanja SoSk 2. za svjetlost valne duljine l određuje razmak mjesta pojačanja SoSk Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 ŠTO ODREĐUJE ŠIRINU SPEKTRA (RAZMAK SVJETLIH MJESTA) ? rešetka širih pukotina dati će uži spektar DISPERZIJA Budući da je dq dl d sin q = k l d d cosq dq = k dl dq k = dl d cosq Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OPTIČKA REŠETKA – DISPERZIJA Disperzija je to veća što je red ogiba k viši, kut ogiba veći (kosinus kuta je tada manji) , te konstanta rešetke d manja maksimum prvog reda središnji maksimum nultog reda rešetka maksimum prvog reda Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OPTIČKA REŠETKA RASAP (DISPERZIJA, RAZLUČENOST) SVJETLOSTI NA REŠETKI 2 1 Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 3 3 2 1 0 0 0 spektri spektri prvog drugog reda reda spektri trećeg reda (dulji-veće disperzije) Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 RASAP SVJETLOSTI NA REŠETKI SPEKTROMETRI – uređaji za mjerenje karakteristika izvora svjetlosti MONOKROMATORI - uređaji za odabir valne duljine svjetlosti HOLOGRAMI - optički uređaji koji proizvode 3D slike predmeta OPTIČKA VLAKNA – rasapom podataka za prijenos u različite valne duljine može se istim optičkim vlaknom slati više “struja” podataka OPTIČKI MEDIJI ZA POHRANU PODATAKA - DVD, CD ... LASERI – kao dio DVD playera, “pržilica”.. POLARIZATORI – opažanje optičkih pojava u posebnim uvjetima Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 UPOTREBA OPTIČKE REŠETKE Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 SAMO MOJA OPTIČKA REŠETKA - TREPAVICE zarezi na CD-u širine 0,5 mm djeluju kao optička rešetka Preljevanje boja nakon osvjetljavanja bijelom svjetlošću je superpozicija ogibnih uzoraka na zarezima Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OPTIČKA REŠETKA CD Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 2D OPTIČKA REŠETKA - ZAMAGLJENO STAKLO Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 3D OPTIČKA REŠETKA – VIJENAC OKO MJESECA Vijenac oko Mjeseca – obojeni krugovi - nastaju ogibom na kapljicama vode u atmosferi koje čine prostornu optičku rešetku Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIB X ZRAKA NA KRISTALNOJ REŠETCI kristal Na Cl Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIB X ZRAKA NA KRISTALNOJ REŠETCI na kristalu Na Cl na molekuli DNK Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 Serway R.A., Jewett J.W. Physics for scientists and engineer Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIB NA USKOJ VERTIKALNOJ PUKOTINI (MONOKROMATSKA SVJETLOST) Izv. prof. Rajka Jurdana Šepić, Fizika 2, PFRI 2012 OGIBNI UZORAK PROIZVEDEN PUKOTINOM ŽILETA (MONOKROMATSKA SVJETLOST)