Dis p ersia

1. Dispersia Dispersia luminii a fost pusă în evidenţă experimental şi studiată ştiinţific de către Newton. Într-un experiment efectuat în anul1672, Newton a observat descompunerea luminii în componentele monocromatice, folosind o prismă optică: pe ecranul de observaţie apărea o succesiune continuă de culori de la roşu la violet. Fenomenul natural observat la curcubeu reprezintă dispersia luminii . Dispersia reprezintă fenomenele determinate de dependenţa indicelui de refracţie de lungimea de undă.

2. Mediului influenţează propagărea luminii datorită interacţiuniiacesteia (care este o undă electromagnetică) cu atomii şi moleculele mediului. Sub influenţa câmpului electric al luminii, particulele electrizate din atomi şi molecule efectuează oscilaţii forţate cu aceeaşi frecvenţă ca a luminii. În urma compunerii oscilaţilor forţate cu unda iniţială se obţine o modificare a vitezei de propagare. Diferenţa de viteză va fi cu atât mai mare cu cât vor fi mai puternice oscilaţiile forţate ale particulelor mediului. Relaţia: este adevărată numai pentru lungimi de undă mari ale undelor electromagnetice.

3. Mărimea care arată cât de repede se modifică indicele de refracţie n cu lungimea de undă este dispersia mediului; dacă la două lungimi de undă şi corespund indicii de refracţie n1 , respectiv n2, atunci dispersia medie a mediului este:

4. La mediile transparente cum sunt sticla sau cuarţul, indicele de refracţie creşte rapid cu scăderea lungimii de undă în regiunea lungimilor de undă mici. Acest fenomen se numeşte dispersie normală.

5. Există şi cazuri când, în apropierea anumitor domenii, indicele de refracţie scade cu scăderea lungimii de undă. Acest fenomen se numeşte dispersie anomală.

6. Vidul este un mediu nedispersiv (toate undele se propagă în vid cu aceeaşi viteză indiferent de lungimea de undă); celelalte medii sunt dispersive. În dispersia normală indicele de refracţie creşte odată cu scăderea lungimii de undă. În unele materiale (cianină sau fuxină) se produce dispersia anomală la care indicele de refracţie scade odată cu scăderea lungimii de undă.

7. Fiecărei componente monocromatice a luminii îi corespunde o lungime de undă. Cea mai mare lungime de undă o are lumina roşie, iar cea mai mică lungime de undă o are lumina violetă.

8. Componentele monocromatice ale luminii, având lungimi de undă diferite, se refractă în mod diferit. În general, lumina roşie se refractă cel mai puţin, iar lumina violetă se refractă cel mai mult (în cazul dispersiei normale).

9. În continuare, vom studia drumul razei de lumină prin prismă. Pentru aceasta este necesar să urmărim refracţia unei raze monocromatice prin secţiunea prismei: unghiul refringent • Prisma optică este un mediu transparent(cu indice de refracţie n) mărginit de două suprafeţe plane care formează unghiul refringent A A unghiul de deviaţie M d i’ unghiul de emergenţă unghiul de incidenţă i Legea refracţiei: în punctul I: I I’ r’ r R n S B C în punctul I’ : Din figură se observă că unghiul de deviaţie este: d =i + i’- A unghiul refringent A= r + r’

10. Condiţia de emergenţă reprezintă condiţia ca o rază ce intră în prismă (prin faţa AB să poată ieşi prin faţa AC) n • Pentru aceasta trebuie să nu se producă reflexie totală pe faţa AC, adică: , leste unghiul limită al reflexiei totale Dar: A= r+r’ , rezultă şi, deci: Ţinând cond de legea refracţiei I: obţinem: Unghiul maxim de incidenţă este imax=p/2 , rezultă : Condiţia de emergenţă: Atunci orice rază incidentă pe prismă poate ieşi din ea !

11. Deviaţia minimă: unghiul de deviaţie capătă o valoare minimă în cazul mersului simetric al razelor prin prismă, adică i=i’ şi r = r’ Unghiul de deviaţie minimă este: dm=2i - A Inlocuind i din formula unghiului de deviaţie minimă în legea refracţiei obţinem: Cu acestă relaţie se poate determina indicele de refracţie n al materialului din care este confecţionată prisma, măsurând unghiul de deviaţie minimă.

12. Experimental, dispersia se observă cu ajutorul prismei optice Se observă cum lumina albă care intră în prisma optică se descompune în componentele monocromatice: Roşie, Oranj,Galbenă, Verde, Albastră, Indigo, Violetă -(spectrul luminii albe) • Dacă lângă prisma optică aşezăm o a doua prismă, toate culorile se contopesc şi se obţine din nou lumina albă (fenomenul de sinteză a luminii, inversul dispersiei) • Lumina albă este un amestec al tuturor culorilor !

13. A Prisma cu reflexie totală are secţiunea triunghi dreptunghic isoscel, şi e confecţionată din sticlă. Razele perpendiculare pe faţa AB, cad pe faţa AC la unghiul de incidenţă 45°, mai mare ca unghiul limită: lsticla = 42°, deci se produce reflexia totală.utile în construcţia periscoapelor(de la submarin) 45° • Şi binoclul conţine o prismă cu reflexie totală, care să răstoarne imaginea lentilei binoclului(ca să se vadă dreaptă). C B

14. Dispersia se poate observa în natură: curcubeulse datorează dispersiei luminii în stropii de apă din atmosferă, după ploaie.

16. Datorită dispersiei, şi refracţiei în aerul atmosferic, amurgul este adesea multicolor. Lumina soarelui, refractată în straturi de aer mai reci sau mai calde, se poate descompune (uneori), în diverse culori(prin dispersie)

17. Exerciţii 1.Fenomenul invers dispersiei se numeşte: A) antidispersia luminii; B) nu există; C) refracţia luminii; D) sinteza luminii ; E) reflexie totală • 2. Explicaţi pe scurt ce sunt: dispersia, refracţia, sinteza luminii şi reflexia totală 3. In dispersia normală, cel mai mult se refractă: A)lumina roşie; B)lumina violetă; C)lumina albă; D)lumina galbenă 4. Dintre următoarele 3 radiaţii luminoase cu lungimile de undă: λ1=550nm; λ2=600nm; λ3=450nm, care se refractă cel mai mult în cazul dispersiei normale? 5. In ce mediu se produce dispersia anomală? A)Vid ; B) sticla ; C) cianina , D) aer umed

18. Exerciţii Scrieţi răspunsurile pe caiet! 7.O prismă cu secţiunea triunghi echilateral (A=60°),cu indicele de refracţie respectă condiţia de emergenţă? • 6. Calculaţiindicele de refracţie al unei prisme optice cu unghiul refringent A=60°, dacă unghiul de deviaţie minimă este dm=30°. Se dă: 8. Desenaţi drumul unei raze de lumină ce cade la unghiul de incidenţă i=60° pe aceastăprismă cu secţiunea triunghi echilateral , si apoi calculaţi: unghiul de refracţie r , unghiul r’ , unghiul de emergenţă i’ , si unghiul de deviaţie d