17 VLNOVÉ VLASTNOSTI SVĚTLA

Světlo je elektromagnetické vlnění o frekvencích Hz. Rychlost světla ve vakuu je přibližně 3108 ms-1.
Světla různých frekvencí mají různou barvu: červená (3,8–4,5), oranžová (4,5–5,0), žlutá (5,0–5,2), zelená (5,2–6,0), modrá (6,0–7,0) a fialová (7,0–7,7). Při určitém poměru barevných složek vzniká bílé světlo.
Vlastnosti světla závisí na prostředí: průhledné, průsvitné a neprůhledné (odráží se nebo je pohlcováno).
V prostředí izotropním se světlo šíří všemi směry se stejnou rychlostí. Huygensův princip: světlo se v prostoru šíří ve tvaru kulových vlnoploch, jejichž střed leží v bodovém zdroji světla. Směr šíření světla udávají přímky kolmé na vlnoplochy – tzv. paprsky.
Princip nezávislosti chodu světelných paprsků: Při šíření světla ze zdroje, který není bodový, se paprsky protínají, přitom se však neovlivňují a postupují prostředím nezávisle jeden na druhém.

17.1 ODRAZ A LOM SVĚTLA
Zákon odrazu světla: Velikost úhlu odrazu se rovná velikosti úhlu dopadu.
Lom světla: Snellův zákon – , kde n je relativní index lomu a n1,n2 je absolutní index lomu prostředí: .
Prostředí opticky hustší je prostředí, ve kterém se světlo šíří pomaleji (větší index lomu), v prostředí opticky řidším se světlo šíří rychleji (menší index lomu).
Prochází-li paprsek z prostředí opticky hustšího do opticky řidšího, nastává lom od kolmice (úhel lomu je větší než úhel dopadu). Pokud je úhel dopadu tzv. mezní úhel ( ), je úhel lomu 90° – paprsek odchází po rozhraní. Je-li úhel dopadu větší než mezní úhel, nastává tzv. úplný odraz.

17.2 DISPERZE SVĚTLA
Index lomu závisí na frekvenci světla (s rostoucí frekvencí se zvětšuje).
Bílé světlo se při průchodu hranolem rozloží na své barevné složky.
Při průchodu světla rozhraním optických prostředí se frekvence nemění, ale protože se mění rychlost šíření, mění se i vlnová délka. Vlnová délka červeného světla ve vakuu je 789,9 nm a fialového je 389 nm.

17.3 INTERFERENCE SVĚTLA
Koherentní jsou světelná vlnění stejné frekvence, jejichž vzájemný fázový rozdíl v daném bodě prostoru se s časem nemění.
Interferenční maximum vzniká v místech, kde se koherentní světelná vlnění setkávají se stejnou fází ( ).
Interferenční minimum je v místech, kde mají koherentní vlnění opačnou fázi ( ).
Při odrazu světelného vlnění na rozhraní s opticky hustším prostředím se fáze vlnění mění v opačnou a dráhový rozdíl se o zvětšuje. Při odrazu na rozhraním s opticky řidším prostředím se fáze vlnění nemění.

17.3.1 Interference na tenké vrstvě
Paprsek 2 urazí 2d (d je tloušťka vrstvy), zatímco paprsek 1 urazí ( ), proto .
Pokud je jedná se o odraz na hustším prostředí, ale paprsek 1 se také odrazil na hustším prostředí a proto se l nemění. Je-li ale zvětšuje se l o .

17.3.2 Newtonova skla
Newtonova skla tvoří deska, k níž je přiložena ploskovypuklá čočka o velkém poloměru křivosti. Mezi deskou a čočkou vzniká tenká vrstva vzduchu. Interferenční obrazec má podobu soustavy světlých a tmavých kroužků (Newtonovy kroužky).

Maximum:
17.4 OHYB (DIFRAKCE) SVĚTLA
Ohyb je způsoben vlnovými vlastnostmi světla. Ohyb nastává, jsou-li rozměry překážky srovnatelné s vlnovou délkou světla.
Ohyb na štěrbině: , kde a je velikost štěrbiny.

17.4.1 Ohyb na dvojštěrbině a mřížce
Po ohybu na dvojštěrbině nebo mřížce vzniká na stínítku ohybový obrazec. Dopadá-li na mřížku bílé světlo, pak je maximum nultého řádu bílé, ale v dalších maximech již pozorujeme rozklad světla. Blíže k 0. maximu je fialová část, červená část je na vzdálenějším konci.
, kde b je vzdálenost mezi jednotlivými štěrbinami (perioda mřížky).
maximum:
minimum:

17.5 POLARIZACE SVĚTLA
Světlo je příčné elektromagnetické vlnění. Vektor intenzity elektrického pole je vždy kolmý na směr šíření. Směr E je v dané rovině nahodilý.
U lineárně polarizovaného světla kmitá pouze v 1 přímce.
Polarizace nastává odrazem, lomem, dvojlomem nebo polaroidem.
Pro oko se polarizované světlo od nepolarizovaného neliší.

17.5.1 Polarizace světla odrazem a lomem
V odraženém světle E kmitá převážně kolmo k rovině dopadu, v lomeném světle kmitá rovnoběžně s rovinou dopadu.
Odražené a lomené světlo není plně polarizované. Nejlepších výsledků dosáhneme, dopadá-li světlo pod polarizačním (Brewsterovým) úhlem ( ).

17.5.2 Polarizace dvojlomem
Dochází k ní u krystalů z anisotropních látek. Světlo se při průchodu anisotropním prostředím rozštěpí na 2 lineárně polarizované paprsky (řádný a mimořádný). Nastává např. u islandského vápence.

17.5.3 Polaroidem
Používají se v technické praxi. Jsou to dvě vrstvy plastických materiálů, mezi nimiž jsou mikroskopické krystalky herapatitu.
Využití polarizace světla
Zjišťování koncentrace roztoků (podle množství koncentrace se stáčí kmitová rovina polarizovaného světla).
Zkoumání rozložení mechanického napětí pomocí fotopružnosti.