Šíření světla

Cvičení 1

Za jakých podmínek můžeme reálně pozorovat „paprsky světla“?
Proč stín vzniklý za tělesem nikdy není úplně ostrý?
Proč se zrcadla většinou vyrábí ze skla?
Proč se mokré povrchy lesknou?
Když se člověk dívá pod hladinu, pozoruje předměty blíže hladině než jsou ve skutečnosti. Proč?
Za jakých podmínek může nastat totální odraz světla?
Vysvětlete princip optického vlákna.

Cvičení 2

Narýsujte si na papír dvě kolmá zrcadla. Pomocí zákona odrazu ukažte, že tato konfigurace zrcadel vrací všechny paprsky zpět do směru, odkud přišly.
Přidáme-li v prostoru ještě třetí kolmé zrcadlo vznikne tzv. koutový odražeč, který vždy vrací světlo zpět ke zdroji. K čemu se koutový odražeč používá?

V praxi se koutové odražeče používají např. u odrazek, reflexních dopravních značek, bezpečnostních reflexních pásků apod.

23.67 – Matice malých koutových odražečů v odrazce.
Zdroj

Cvičení 3

Paprsek světla dopadá ze vzduchu na rozhraní s vodou pod úhlem 45°. Určete úhel lomu paprsku ve vodě.

\(\beta =32{,}1^\circ\)

Cvičení 4

Paprsek světla dopadá ze vzduchu na rozhraní neznámé pevné látky pod úhlem dopadu 42°. V pevné látce se láme pod úhlem 31°. Určete index lomu neznámé látky a odhadněte o jakou látku by se mohlo jednat.

\(n=1{,}3\), mohlo by se jednat například o led.

Cvičení 5

Světelný paprsek dopadá ze vzduchu na skleněnou desku (\(n=1{,}50\)) pod úhlem dopadu 50°.

Jaký úhel spolu svírá odražený a lomený paprsek na prvním rozhraní?
Jaký úhel spolu svírají původní paprsek a lomený paprsek na druhém rozhraní?

99,3°; 0°

Cvičení 6

Pod jakým úhlem musí dopadat světlo ze vzduchu na povrch vody, aby se odchýlilo od původního směru o 10°?

36°40'

Cvičení 7

Pokud se světlo šíří z vody do vzduchu, může dojít k totálnímu odrazu. Stanovte podmínku, kdy se tak stane.

úhel dopadu musí být větší než 48,7°

Cvičení 8

Rychlost světla ve skle je 2 ⋅ 10⁸ m/s. Určete hodnotu mezního úhlu pro totální odraz v případě, kdy se světlo šíří ze skla

do vzduchu,
do vody.

a) \(\alpha_\mathrm{m}=41{,}8^\circ\); b) \(\alpha_\mathrm{m}=62{,}5^\circ\)

Cvičení 9

Zkuste umístit dva 45° hranoly těsně k sobě a posvítit do nich laserem (viz obrázek 23.68).

Proč žádné světlo neprojde skrz v přímém směru?
Pokud mezi hranoly kápneme trochu vody, světlo projde. Proč?

Cvičení 10

Pokud se člověk ponoří do vody a podívá se směrem k hladině, vidí ven z vody jen v kruhové oblasti nad sebou. Zbytek hladiny se chová jako zrcadlo.

Vysvětlete tento jev.
Vypočítejte průměr kruhové oblasti, která je vidět z hloubky 1 m.
Dokažte, že pro průměr kruhové oblasti platí obecný vztah \(d=(2h)/\sqrt{n^2-1}\), kde \(h\) je hloubka pod hladinou a \(n\) je index lomu vody.

b) 2,3 m