מעבר אור מתווך שקוף לתווך שקוף

1. מעבר אור מתווך שקוף לתווך שקוף תופעת השבירה של אור שורצבורד קובי (C)

2. מדוע העיפרון נראה שבור? ברור לנו כי העיפרון אינו שבור. חלקו הטבול במים, נמצא במקום אחד, אך נראה במקום אחר! שורצבורד קובי (C)

3. מקדם שבירה של תווך שקוף כאשר אור נע בריק מהירותו היא הגבוהה ביותר וכאשר הוא נע בתווך שקוף כלשהו מהירותו תהיה קטנה יותר, זאת בעקבות תכונות הצפיפות של מולקולות החומר. מקדם שבירה היחס בין מהירות האור בריק למהירות האור בתווך • נבחין כי : • מקדם השבירה הוא ערך חסר ממדים. • מקדם השבירה הנו ערך הגדול תמיד מ- 1 (בריק ערכו שווה ל-1) • משמעותו - אינדיקציה לגבי צפיפות התווך השקוף. שורצבורד קובי (C)

4. פגיעה, שבירה והחזרה קרן אור הפוגעת במשטח ההפרדה בין שני תווכים שונים, מוחזרת בחלקה לתווך ממנו הגיעה ונשברת בחלקה לתווך השני. שורצבורד קובי (C)

5. פגיעה, שבירה והחזרה - תכונות בין הקרניים מתקיימים התנאים הבאים: • הקרניים מונחות על מישור אחד. • זווית הפגיעה שווה לזווית ההחזרה. • בין הקרן הפוגעת לקרן הנשברת מתקיים חוק סנל: • עוצמת הקרן הפוגעת מתחלקת בין הקרן המוחזרת והקרן הנשברת. • הקרן הפוגעת והנשברת נמצאות מצדיו השונים של הנורמל. שורצבורד קובי (C)

6. שורצבורד קובי (C)

7. שורצבורד קובי (C)

8. שורצבורד קובי (C)

9. חוק סנל למה שבירה? הסיבה לשבירה היא השינוי במהירות האור במעבר מתווך אחד לשני. נוכל לדמות זאת לתנועה של מכונית במעבר ממדרכה למשטח דשא. הגלגלים הפוגעים בדשא מאיטים (עקב התנגדות העשב) ולכן המכונית סוטה ממסלולה. האור משנה את כיוונו באופן דומה לאותה מכונית. למשל אור העובר מאוויר למים. שורצבורד קובי (C)

10. חוק סנל (המשך) מחוק סנל נוכל לקבל את הקשר הבא: נבחין בשתי אפשרויות של מעבר אור מתווך לתווך: אם n1<n2 מעבר מתווך דליל לצפוף זווית הפגיעה גדולה מזווית השבירה אם n1>n2 מעבר מתווך צפוף לדליל זווית הפגיעה קטנה מזווית השבירה שורצבורד קובי (C)

11. חוק סנל (המשך) זווית קריטית זווית גבולית עבורה האור הפוגע במשטח ההפרדה נשבר כך שהקרן הנשברת מתקדמת במקביל למשטח ההפרדה. הזווית הקריטית נתונה על-ידי: כאשר קרן אור פוגעת במשטח ההפרדה בזווית גדולה יותר מהזווית הקריטית לא מתקבלת תופעה של שבירה – החזרה גמורה. כל עוצמת האור הפוגעת עוברת לקרן המוחזרת ומשטח ההפרדה מתנהג כמראה אידיאלית. שורצבורד קובי (C)

12. שורצבורד קובי (C)

13. חוק ההחזרה והשבירה – למה? חוק ההחזרה וחוק השבירה (חוק סנל) מתקבלים כתוצאה מעקרון הזמן המזערי של פרמה: מבין כל המסלולים שהאור עשוי לנוע בהם בדרכו מנקודה לנקודה, הוא יבחר במסלול שבו יידרש זמן מזערי (מינימלי) שורצבורד קובי (C)

14. A Y1 n1 n2 x Y2 D B עיקרון הזמן המזערי של פרמה - העשרה בעזרת עיקרון זה נוכל להוכיח את חוק ההחזרה וחוק השבירה. נתבונן בקרן הפוגעת במשטח הפרדה מתווך I שמקדם השבירה שלו n1 לתווך II שמקדם השבירה שלו n2. נניח שהקרן פוגעת בנקודה x. נבנה את משוואת הזמן שלוקח לאור לעבור מנקודה A לנקודה B. שורצבורד קובי (C)

15. A θ1 Y1 θ1 n1 D-x n2 θ2 x Y2 θ2 עיקרון הזמן המזערי של פרמה (המשך) נדרוש שהזמן יהיה מינימלי, כלומר: חוק סנל הערה כאשר נעסוק בקרן המוחזרת, מקדמי השבירה זהים והזווית נמדדת ביחס לנורמל, באותו תווך ממנו מגיע האור. חוק ההחזרה שורצבורד קובי (C)

16. שימושים במנסרות והסבר טופעות טבע משקפת שדה הזווית הקריטית של זכוכית היא בקירוב 430. כלומר, אור הפוגע בתוך הזכוכית בזווית הגדולה מ- 430 יעבור החזרה פנימית מלאה. בזוויות גדולות לא יימלט אור מהזכוכית, אלא יוחזר לתוכה. למעט אובדן מועט של אור בכניסתו למנסרה, ההחזרה בפיאה הנטויה היא מלאה. זוג מנסרות בעלת פאות הנטויות בזווית 450 משמשות במשקפות שדה, להארכת מסלול האור בין העדשות ובכך נחסך הצורך בשפורפרת ארוכה. יתרון נוסף שקיים במשקפת זו היא העובדה כי הדמות המתקבלת אינה הפוכה ביחס לעצם, כשם שנעשה בטלסקופים. שורצבורד קובי (C)

17. נפיצה – הפרדת אור לבן לצבעי הספקטרום צבעי הספקטרום שונים בתדירותם, לכן הם נעים במהירות שונה בתווך שקוף. לכן, קרניהם נשברות באופן שונה ונוטות בזוויות שונות. במקרים בהם האור נשבר פעמיים, כמו למשל במנסרות, ההפרדה בין צבעי האור עשוייה להיות בולטת יותר. מקדם השבירה של האור האדום הוא הנמוך ביותר ושל האור הסגול הוא הגבוה ביותר. כאשר צבעים אלו נמצאים בקצותיו של הספקטרום. שורצבורד קובי (C)

18. הקשת בענן צבעי הקשת המרהיבים הם תוצאה של נפיצת אור השמש במליוני טיפות גשם כדוריות הפועלות כמנסרות זעירות. הקשת שרואים היא המעטפת של חרוט תלת-ממדי המשתרע בכל תחום הטיפות. שבירת אור השמש בטיפת גשם בודדת שורצבורד קובי (C)