Fyzikální optika se zabývá vlnovými vlastnostmi světla. Zkoumá podstatu světla vznik světla šíření světla odraz a lom světla interferenci světla odrazem a ohybem disperszi světla polarizaci světla.
Co všechno zahrnuje fyzikální optika
Světlo je elektromagnetické vlnění s vlnovými délkami ve vakuu (ve vzduchu) od 380 nm do 760 nm (7,8·10^14 Hz do 3,8·10^14 Hz). Fázová rychlost světla ve vakuu (ve vzduchu) je c = 3·10^8 m·s-1. V jiných látkách platí v < c.
Zdroj světla: Těleso, které vyzařuje elektromagnetické vlnění o vlnových délkách λ = 380 nm - 760 nm. Detektor světla: Zařízení pro příjem a registraci světla. Optické prostředí: Průhledné, neprůhledné, průsvitné, homogenní. Šíření světla: V homogenním prostředí se světlo šíří přímočaře.
Fermatův princip: Pokud prochází světelný paprsek mezi dvěma body, vždy volí takovou trajektorii, kterou projde za nejkratší čas. Princip nezávislosti chodu paprsků: Pokud se dva světelné paprsky navzájem protínají, neovlivňují se a postupují prostředím nezávisle jeden na druhém.
Krátké výpočty a praktické úlohy
- Jak rychle dorazí světlo na Zemi z Měsíce a ze Slunce? Vzdálenost Měsíc - Země je 384 450 km a vzdálenost Slunce - Země je 150 000 000 km. Řešení: Světlo ze Měsíce dorazí za 1,28 sekundy, ze Slunce za 8,33 minuty.
- Ve vakuu projde světlo rovníkovou vzdáleností, jaký je poloměr Země? Vzorec: t = 0,1335 s, c = 3·10^8 m·s-1. Poloměr Země je R = 6378 km.
- Vzdálenost Sirius A je 8,69 světelných roků. Kolik je to metrů? (přepočet vyžaduje přepočet na metry podle světelného roku.)
- Stín stromu a budovy: Jak vysoký strom vrhá stín 36 m při výšce Slunce α = 24°? Jak dlouhý stín vrhá budova 44,52 m vysoká ve stejnou dobu?
- Kolik světla dopadne na Zemi za rok? Astronomové zjistili, že za každou minutu dopadne na Zemi na 1 m² 2·10-18 kg světla. Vztahy: R = 6378 km = 6,378·10^6 m, 1 rok = 31 557 600 s. Pro řešení se přihlaste.
- Převod elektromagnetického vlnění: Člověk vnímá elektromagnetické vlnění ve vzduchu od 389 nm do 789 nm jako světlo. Určete frekvence příslušející k uvedeným vlnovým délkám. Zjistěte, zda člověk vnímá f = 9,5·10^14 Hz jako světlo.
- Stínidlo a stín: Bodový zdroj světla je vzdálen od stínidla h = 1,2 m. Jak dlouhý stín bude na stínidle, pokud ve vzdálenosti h/ = 0,4 m od stínidla a rovnoběžně se stínidlem je pravítko dlouhé d = 0,3 m?
- Průchod světla sklem: Za jak dlouho projde světlo vrstvou skla (n = 1,5) o tloušťce d = 2 cm?
- Rozlišovací schopnost oka: Jak vysoký je sloup, když oko pozorovatele jej může rozlišit ze vzdálenosti 10 km? Rozlišovací schopnost oka je asi 1′.
Všechny výše uvedené úlohy představují praktické aplikace fyziky optiky, jako jsou rychlost šíření světla, odchylky, lom, stíny a vnímání světla člověkem. Přesný výpočet některých úloh vyžaduje doplňující data a podmínky, které mohou být doplněny při řešení.
Praktické součásti práce
Pro výuku a praktické ověření lze do práce začlenit tabulku s přehledem uváděných hodnot (rychlost světla, vlnové délky, frekvence) a diagramy ilustrující šíření světla v různých prostředích, Fermatův princip a základní optické prvky.
Vizualizace a doporučené články
Pro lepší pochopení lze doplnit ilustrace ukazující rozdělení elektromagnetického spektra, vyobrazení odrazu a lomu, a jednoduché experimenty s interferencí světla.
Pro meta popis a vyhledávání lze použít níže uvedené meta prvky.