5. Animace a videa

Poznámka: animace spustíte přemístěním kurzoru myši nad příslušný obrázek!

5.1 Průběh zobrazení tenkou spojnou čočkou

Červená šipka představuje předmět, modrá šipka jeho obraz. Na poloze předmětu vůči čočce závisí poloha obrazu, jeho velikost a orientace. Jestliže je obraz vytvořen před čočkou, jedná se o tzv. virtuální (neskutečný) obraz, který se nedá zachytit na stínítku. Obdobně lze definovat virtuální (neskutečný) předmět jako předmět umístěný za čočkou. Fyzikálně lze takový předmět realizovat snadno jako obraz skutečného přemětu, promítaného vhodnou optickou soustavou do prostoru za čočkou.

Kontrolní otázky.

1) Pro jaké polohy předmětu je obraz vytvořený spojnou čočkou skutečný a vzpřímený (nepřevrácený)?
2) Pro jaké polohy předmětu je obraz vytvořený spojnou čočkou neskutečný (virtuální)?
3) Kde se vytvoří obraz, je-li předmět v předmětovém nebo obrazovém ohnisku spojné čočky?

5.2 Průběh zobrazení tenkou rozptylnou čočkou

Červená šipka představuje předmět, modrá šipka jeho obraz. Na poloze předmětu vůči čočce závisí poloha obrazu, jeho velikost a orientace. Jestliže je obraz vytvořen před čočkou, jedná se o tzv. virtuální (neskutečný) obraz, který se nedá zachytit na stínítku. Obdobně lze definovat virtuální (neskutečný) předmět jako předmět umístěný za čočkou. Fyzikálně lze takový předmět realizovat snadno jako obraz skutečného přemětu, promítaného vhodnou optickou soustavou do prostoru za čočkou.

Kontrolní otázky.

1) Může být obraz vytvořený rozptylnou čočkou zachytitelný na stínítku? Za jakých podmínek?
2) Platí, že je-li předmět umístěný před rozptylnou čočkou, je obraz vždy vzpřímený a zmenšený?

5.3 Průběh lomu na hranolu


Modrou čarou je zakreslen paprsek, dopadající na lámavou stěnu hranolu. Na přechodu do skla dochází k lomu ke kolmici a paprsek se odchyluje od svého původního směru. Na druhé lámavé stěně opouští paprsek hranol a láme se od kolmice, čímž se odchylka od původního směru dále zvyšuje. Simulace ukazuje, co se stane, bude-li se hranol otáčet. Na počátku simulace dochází při výstupu paprsku z hranolu k totálnímu odrazu. Pak se celková odchylka zmenšuje až do jisté minimální hodnoty. Při pokračujícím otáčení hranolu ve stejném směru se odchylka opět zvětšuje. Červeně je znázorněna situace, kdy je odchylka od původního směru minimální. Jedná se o tzv. symetrický průchod, kdy směr paprsku uvnitř hranolu tvoří s lámavými plochami rovnoramenný trojúhelník. Simulace zachycuje reálné poměry pro index lomu hranolu n=1,6 a lámavý úhel 60 stupňů. Minimální odchylka pak má hodnotu přibližně 45 stupňů.

Kontrolní otázky.

1) Kdy se světlo láme od kolmice a kdy ke kolmici?
2) Vysvětlete, co je míněno minimální odchylkou při lomu na hranolu.

 

5.4 Ohybový obrazec na štěrbině a optické mřížce


Grafy udávají rozložení světelné intenzity za ohybovou mřížkou v závislosti na úhlu (tzv. difrakční úhel). Veličina N představuje celkový počet čar (nebo štěrbin) mřížky. Případ N=1 odpovídá ohybu na jedné štěrbině. Červený graf náleží monofrekvenčnímu světlu větší vlnové délky, modrý graf monofrekvenčnímu světlu kratší vlnové délky. Při daných parametrech simulace (mřížková konstanta b=0,002 mm, vlnová délka 600 nm a 400 nm) vzniká obrazec, tvořený centrálním maximem nultého řádu, které je společné pro všechny vlnové délky, kolem něhož jsou umístěna postupně maxima prvního a druhého řádu, jejichž poloha je dána na vlnovou délkou dopadajícího světla. Celkový počet pozorovatelných maxim závisí na hodnotě mřížkové konstanty b. Tvar maxim je určen počtem čar N - ze simulace je zřejmé, že čím je vyšší, tím jsou maxima ostřejší. Intenzita poměrně rychle klesá s rostoucím řádem maxima.

Kontrolní otázky.

1) Které světlo se na mřížce ohýbá více, modré nebo červené?
2) Jaký přínos pro pozorovatele spočívá v použití mřížky s velkým počtem čar?

 

5.5 Průběh ohybu na optické mřížce

Na optickou mřížku dopadá světlo s čarovým spektrem, tzn. s několika dominantními vlnovými délkami. Takovým světlem je např. světlo héliové nízkotlaké výbojky. Dochází k ohybu, při kterém se složky různých vlnových délek ohýbají pod různými úhly. Při daných parametrech simulace (b=0,002 mm, vlnová délka od 700 do 400 nm) vidíme, že každá složka se ohýbá do celkem čtyř směrů (dva vlevo a dva vpravo). Nezapomeňme však, že největší část světla prochází v přímém směru a vytváří centrální maximum nultého řádu, které je ovšem v praxi většinou nezajímavé.

Kontrolní otázky.

1) Vysvětlete pojem čarové spektrum.
2) Proč vidíme v mřížkovém spektrometru zpravidla více čar téže barvy?