26 aprilie 2010

Demonstraţie colaborare


Bibliografie

"Optica" - G.S.Landsberg - Editura Tehnica

"Lumina şi sunetul" - Editura Aquila 93

"Manual de fizică F1+F2 pentru clasa a XI-a" - Mircea Rusu, Mircea Nistor - Editura Corint

"Optica, fizica plasmei, fizica atomică şi nucleară" - Editura Didactica şi Pedagogica

www.wikipedia.org
www.fizica.ro
www.referate.ro
www.didactic.ro
www.foto-magazin.ro

Optica Albastră



Dacă aţi fost atenţi la obiectivele unor aparate de fotografiat de foarte bună calitate, aţi putut să sesizaţi că au o iritaţie albăstruie. Ea nu este întâmplătoare. Ea poartă denumirea de "optica albastră". Pentru a înţelege rostul acestei tehnici, trebuie să analizăm trecerea luminii printr-un bloc paralelipipedic de lumină (lama plan-paralelă reală).
Pe lângă imaginea fenomenelor de reflexie şi de refracţie se vede o scădere a intensităţii luminoase pe masură ce lumina suferă tot mai multe reflexii şi refracţii.



Din cauză că şi pentru unda luminoasă din fascicul trebuie să se conserve energia putem să scriem că suma intensităţilor undei reflectate (Irefl), refractate (Irefr), şi absorbite de sticlă (Iabs), este constantă şi egală cu intensitatea undei incidente(I0):

Dacă se împart ambii termeni din relaţia de mai sus cu I0, obţinem:

(Termenii R, T şi A reprezintă coeficientul de reflexie, coeficientul de transmisie şi respectiv coeficientul de absorbţie, valorile lor numerice fiind cuprinse între 0 şi 1)
Această relaţie ne spune că dacă reflexia este mare, atunci transmisia este mică şi reciproc. Pentru un aparat de fotografiat este important ca în aparat să intre (prin obiectiv) cât mai multă lumină, deci ca lentila obiectiv să fie cât mai transparentă. Dar această transparenţă depinde de indicii de refracţie a aerului (n1) şi a sticlei (n2), după o formulă stabilită de Augustin Fresnel:

De aici rezultă un lucru interesant şi neaşteptat la prima vedere: chiar dacă sticla este perfectă şi nu absoarbe lumină, lumina care trece prin ea este mai puţin intensă, din cauza fenomenului de reflexie. Raportul indicilor de refracţie ai celor două medii este cel care dicteaza intensitatea luminii transmise. Dacă n21 = n1 / n2 , este 1, coeficientul de reflexie este 0, reflexia este 100%, deci nu se mai transmite nimic. Acesta este cazul oglinzilor metalice.
Putem îmbunătăţi transmisia dacă interpunem între aer şi sticlă un strat subţire dielectric, neabsorbant, care să aibă un indice de refracţie (n) între cele doua valori, n1 şi n2.

Bilentilele Billet


Bilentila lui Billet este formată dintr-o lentilă convexă tăiată diametral în două, cele două jumătăţi fiind separate la o mică distanţă una de alta. Lumina emisă de sursa S formează după refracţia în cele două jumătăţi de lentilă două imagini reale S1 şi S2, care constituie sursele undelor coerente.

Culorile lamelor subţiri

Culorile lamelor subţiri reprezintă fenomenul prin care se obţin franje de interferenţă localizată a luminii albe la iluminarea unei pelicule subţiri, transparente. Acest fenomen se poate observa la baloanele de săpun sau la petele de petrol aflate pe suprafaţa apei de pe străzi, acestea îndeplinind criteriile de grosime şi transparenţă necesare producerii franjelor.



Dacă pe o lamă transparentă cu feţele plan-paralele cade un fascicul de radiaţii monocromatice, se constată că o parte vor fi reflectate, iar o parte refractate. Întrucât undele incidente sunt paralele şi undele reflectate vor fi paralele.
Franjele apar sub forma unor cercuri concentrice întunecate şi luminate ce alternează între ele, în planul focal al lentilei, numite inelele lui Heidinger. Dacă observaţia se face în lumină albă, în locul inelelor întunecate şi luminate ce alternează între ele, se obţin inele ce conţin culorile spectrului. Dacă lama este groasă nu obţinem franje de interferenţă.

Dispozitivul lui Young

Dispozitivul cu două deschideri al lui Young este cel mai vechi dispozitiv experimental pentru observarea interferenței luminii. Lumina emisă de sursa punctiformă S cade pe ecranul A, ce prezintă două deschideri mici, circulare - fantele F1 și F2 - egal depărtate de S. Potrivit principiului lui Huygens, deschiderile F1 și F2 constituie două surse de lumină secundare. Deoarece radiațiile emise de F1 și F2 provin de la aceeași sursă, ele sunt radiații coerente.
Radiațiile se suprapun în zona hașurată din figura:


Schema dispozitivului Young:






Deoarece distanţele x şi l sunt de ordinul fracţiunilor de milimetru, iar distanţa D, de ordinul mai multor sute de milimetri, se poate considera că r1 + r2 = 2D.

, diferenţa de drum dintre cele doua unde

Dacă în P se obţine maxim de interferenţă,
Dacă se obţine minim,
Deci în vecinătatea punctului O apar benzi luminoase ce alternează cu benzi întunecoase, echidistante, paralele între ele, numite franje de interferenţă.
Interfranja este distanţa dintre două maxime, respectiv două minime consecutive.
În cazul nostru,

Deosebiri ale figurii de interferență a dispozitivului Young cu cele obținute cu lama cu fețe plan-paralele și pana optică:
Dacă la dispozitivul Young, figura de interferență este formată din franje rectilinii luminoase (benzi luminoase) ce alternează cu cele întunecoase (benzi întunecoase), paralele și echidistante, figura obținută cu lama cu fețe plan-paralele este formată din franje de egală înclinare (cercuri concentrice, numite Inelele lui Heidinger), iar figura obținută cu pana optică este formată din franje de egală grosime, paralele cu muchia penei și între ele, și echidistante.

Interferenţa luminii

Ce este interferenţa luminii?
Interferenţa este fenomenul de suprapunere a două sau mai multe unde coerente într-o anumită zonă din spaţiu ducând la obţinerea unui tablou staţionar de maxime şi minime de interferenţă.

Ce au în comun şi ce diferenţiază interferenţa undelor mecanice de interferenţa luminii?
Dacă în cazul undelor mecanice rezultatul interferenţei se apreciază în funcţie de amplitudinea undei rezultante în acel punct, în cazul luminii, rezultatul interferenţei se apreciază după intensitatea luminoasă în punctul respectiv.
Atât în cazul interferenţei luminii cât şi în cazul interferenţei undelor mecanice, pentru a avea loc acest fenomen, undele utilizate trebuie să fie coerente, adică diferenţa de fază trebuie să fie constantă în timp.
Totodată, atât în cazul undelor mecanice cât şi în cazul celor luminoase, dacă amplitudinea undei rezultante este constantă în timp se spune că interferenţa acestor unde este staţionară.
Atât în cazul interferenţei cu unde mecanice cât şi în cazul interferenţei luminii, se obţine maxim de interferenţă când diferenţa de drum dintre cele două unde este număr par de λ/2 şi minim de interferenţă când diferenţa de drum dintre cele două unde este număr impar de λ/2.
Atunci când vorbim despre interferenţa undelor, fie ele luminoase, fie ele mecanice, la acţiunea concomitentă a acestora nu are loc o însumare a intensităţilor, respective amplitudinilor, ci rezultatele interferenţei sunt date de relaţiile:
A= √A₁²+A₂²+2A₁A₂cos ∆ρ
Ip~ 4E₀²cos²π/λ₀(δ₂-δ₁)
În concluzie, rezultatul ambelor tipuri de interferenţă depinde de:
― lungimile de undă a undelor
― diferenţele de drum dintre unde
― diferenţa de fază dintre oscilaţii.

În ce condiţii se obţine interferenţa staţionară?
Interferenţa este staţionară în punctele din câmpul de interferenţă (amplitudinea rămâne constantă în timp) dacă sursele de unde sunt coerente (diferenţa de fază se menţine constantă în timp). Noua undă este formată din ventre şi noduri care nu se deplasează în timp şi se numeşte undă staţionară.

Câte metode de obţinere de unde coerente cunoaşteţi?
Undele coerente sunt undele între care există relaţii constante în timp (diferenţa de fază, amplitudinea), iar fenomenul de interferenţă se poate observa tot timpul.
Metode de obţinere a undelor coerente existente:
Obţinerea undelor coerente pentru realizarea interferenţei se face separând din fluxul luminos emis de o sursă monocromatică două fascicule de lumină care ulterior se suprapun din nou în zona de interferenţă. În acest scop se utilizează numeroase dispozitive, care se încadrează în două metode:
- metoda divizării frontului de undă (exemplu: dispozitivul lui Young)
- metoda divizării amplitudinii (exemplu: lama cu feţe plan-paralele)
Metode de obţinere a undelor coerente cunoscute:
Unul din procedeele de obţinere a undelor coerente este cel prin care radiaţia emisă de un izvor punctiform este divizată în două părţi, iar cele două părţi se întâlnesc din nou într-un punct. În acest caz undele care interferă provin din aceeaşi undă iniţială. Acesta este procedeul de obţinere a undelor, prin divizarea frontului de undă.
Izvoarele coerente prin divizarea frontului de undă se pot realiza în optică prin:
- formarea a două imagini ale aceluiaşi izvor luminos
- întrebuinţarea izvorului şi a unei imagini a sa
În acest scop se concep şi se folosesc diferite dispozitive experimentale. Două dintre cele mai reprezentative dispozitive de acest tip sunt: oglinzile Fresnel şi bilentilele Billet.
Figurile de interferenţă obţinute astfel sunt foarte fine numai dacă izvoarele sunt punctiforme, franjele de interferenţă fiind nelocalizate.
Un fascicul de lumină poate fi, de asemenea, divizat cu una sau mai multe suprafeţe reflectatoare, de pe care o parte de lumină se reflectă, iar altă parte se transmite cu intensităţile corespunzătoare.
Cum intensitatea luminii este o măsură a pătratului amplitudinii spunem că undele coerente se obţin, în acest caz, prin divizarea amplitudinii.
Aceste unde se pot obţine şi de la izvoare mai întinse, iar efectele de interferenţă pot fi chiar mai intense decât în cazul undelor coerente, obţinute prin divizarea frontului de undă. De altfel, în practică se folosesc izvoare mai mult sau mai puţin întinse.

Care sunt factorii care influenţează forma figurii de interferenţă?
În anumite puncte din spațiu se vor forma zone cu aceeași valoare a intensității rezultante numite franje de interferență. Franjele pot fi de minim sau de maxim, în funcție de valoarea amplitudinii rezultante. Alți factori de care depinde figura de interferență sunt:
- lungimea de undă (culoarea) a sursei de lumină
În fizică, lungimea de undă este un parametru de bază al oricărui fenomen ondulatoriu (undă) care se propagă în spațiu și anume reprezintă distanța parcursă de undă pe durata unei oscilații, ori distanța dintre două puncte din spațiu între care defazajul relativ al oscilațiilor este de 2Ï€ radiani.
- intensitatea luminoasă a sursei de lumină
Intensitatea luminoasă este fluxul luminos emis într-o anumită direcţie de o sursă luminoasă punctuală, raportat la unitatea de unghi solid în care emite sursa.
- distanţa între fante (în cazul dispozitivului Young)
- distanţa între fante şi ecran (în cazul dispozitivului Young)
- distanţa între fante şi sursă (în cazul dispozitivului Young)

Ce este interfranja?
Interfranja reprezintă distanţa între două benzi luminoase, respectiv două benzi întunecoase.

Ce este franja de interferenţă?
Franja de interferenţă reprezintă curba care uneşte punctele de maxim, respectiv punctele de minim.
Se deosebesc două feluri de franje (nelocalizate şi localizate):
- in cazul franjelor nelocalizate, se obţine o dedublare a unuia şi aceluiaşi izvor(sursă) sau utilizarea unui izvor împreună cu o imagine a sa.
- se pot obţine franje de interferenţă localizate, fie la infinit (franjele Haidinger, care sunt inele de înaltă tensiune), fie pe o placă (lama cu feţe plan-paralele).
Forma franjelor poate fi de inele (inelele lui Newton) sau de linii paralele.

Cum ar arăta Universul fără lumină?


"Pentru ca lumina să strălucească atât de tare, întunericul trebuie să fie prezent."


Oare de ce sperie întunericul pe oameni? Să fie ăsta un motiv, că te lasă să ajungi tu la tine, fără să mai existe niciun fel de intermediari? Cunosc persoane care se înconjoară în permanenţă de cunoştinte, numai să nu rămână singure cu gândurile lor. Nu neapărat că gândurile ar fi negre, dar sunt "singure".
Uite aşa ne dăm seama mai bine de câtă nevoie avem de lumină. Şi, uneori, o apreciem la adevărata ei valoare. Pentru că ne luminează chiar şi pe dinăuntru, dacă o lăsăm.
Oare am avea nevoie de mai mult întuneric pentru a ne clarifica? Sau de mai multă lumină? Cred că fiecare decide pentru el, in funcţie de curaj şi, de ce nu, de ora la care s-a născut, când să aprindă sau nu lumina.
Oare cum o fi în lumea celor care nu văd? Care nu îşi văd gândurile? Adică, nu fac diferenţă între gândurile de zi şi cele de noapte. Şi nici nu sunt speriaţi de celelalte, pentru că nu pot. Ei trăiesc acolo, în lumina întunericului din ei, şi se descurcă aşa. Au alte frici faţă de ceilalţi, care nu îi înţeleg, cu care nu pot relaţiona foarte uşor. Ei îşi pun mai uşor destinul în mâna altora. Cel puţin, parte din el. Un pic atunci când te roagă să îi treci strada, un pic când te întreabă cum e vremea. Oare sunt mai curajoşi decât noi, pentru că nu cunosc lumina pe care noi o vedem?
Cert e că ei pot vedea cu uşurinţă lumina din noi. Oare cum fac asta? Şi e drept aşa? În definitiv, cine e cu adevarat cel care nu vede? Cum adică ei pot simţi sau vedea o persoană bună în spatele acestui perpetuu întuneric, iar noi, cei care vedem cu adevărat, cu ochii, nu ne dăm seama de asta decât după foarte mult timp? Ei pot simţi când un om nu e sincer, e rău sau invidios, dar noi nu ne dăm seama de asta decât când simţim durerea pe propria piele. Ce paradox!
De jur împrejurul lumii, oamenii au stins lumina pentru o ora, din economie. Timp în care ce puteam face? Era o pauză de la învăţat, o pauză din zi, o pauză în care nu puteam face nimic concret. Şi asta nu pentru că eram dependenţi de electricitate, ci pentru că ne era prea frică de noi înşine. Prea frică să gândim cu adevărat, ce e înăuntrul nostru. Oare ce or fi făcut toţi acei oameni care au stins lumina pentru o oră? Au visat? Au vorbit? Au dormit? Au gandit?
Cu siguranță întrebarea "€™Cum ar arăta Universul fără lumină?"€™ ar stârni multe controverse și ar beneficia de multe răspunsuri, răspunsuri care s-ar traduce prin sintagma "œnu am mai exista nici noi".
În anii 1800, s-a descoperit că lumina este o consecință necesară a legilor care explică baza de electricitate și magnetism. Dacă lumina nu ar exista ar însemna, de asemenea, să nu avem electricitate, sarcini electrice.
Am putea să asociem cuvintele "fără lumină" cu "fără căldură", de aici rezultând clar îngheţ, planetele ar îngheţa, iar moartea ar fi un lucru cert. De asemenea, dacă nu ar exista lumină, nu ar exista nici surse de lumină (nu ar exista stelele, luna, soarele). Inexistenţa surselor de lumină ar avea ca şi consecinţă "plutirea" planetelor in vid, dat fiind faptul că nu ar mai avea în jurul cui să graviteze.
Se spune că viaţa se bazează pe un singur atom, atomul de carbon, un atom adaptabil care a format o mare varietate de molecule. Dispunerea atomilor în molecule se poate face cu simetrie de dreapta şi de stânga. Toate formele de viaţă de pe Pământ folosesc molecule de stânga.
Din fraza de mai sus ne putem da cu siguranţă seama că fără lumină nu ar exista niciun fel de viaţă, niciun fel de materie organică.
În concluzie, lumina este ca o "sclipire de platină" pentru întreg Universul, astfel încât "nici noaptea pământului, noaptea cea mai mare, nu e noapte, ci doar o umbră într-un Univers de lumină".

25 aprilie 2010

Introducere

Întrebări:
- Cum ar arăta universul fără lumină?
- Ce au în comun și ce diferențiază interferența undelor mecanice de interferența luminii?
- Câte metode de obținere de unde coerente cunoașteți?
- Cum se explică „culorile lamelor subţiri” ?
- Ce înţelegeţi prin „optica albastră” ?
- Ce este interferenţa luminii?
- În ce condiţii se obţine interferenţa staţionară?
- Care sunt factorii care influenţează forma figurii de interferenţă?
- Ce este interfranja?
- Ce este franja de interferenţă?
- Prin ce se deosebeste figura de interferenţă obţinută cu dispozitivul Young de cea obţinută cu lama cu feţe plan-paralele?
- Prin ce se deosebeste figura de interferenţă obţinută cu dispozitivul Young de cea obţinută cu pana optică?
- Interfaţa obţinută cu alte dispozitive decât Young şi lamele subţiri (se va alege un alt dispozitiv de interferenţă şi se vor prezenta caracteristici).