Krótki przewodnik po fizyce

Wzory z głównych działów

Optyka

dział fizyki badający światło: jego naturę, rozchodzenie się, interakcję z materią oraz wynikające z niej zjawiska

1. Podstawowe Pojęcia i Prawa

Współczynnik Załamania:

Wzór na współczynnik załamania: n = c / v — stosunek prędkości światła w próżni do prędkości światła w ośrodku

n= cv
Wyjaśnienie

n — współczynnik załamania; c — prędkość światła w próżni, v — prędkość światła w ośrodku. Im większe n, tym bardziej światło się załamuje.

Prawo Załamania (Prawo Snell'a):

Wzór na prawo załamania: n₁·sin(α) = n₂·sin(γ) — zależność między kątami padania i załamania światła przy przejściu między dwoma ośrodkami o różnych współczynnikach załamania

n1·sin(α)= n2·sin(γ)
Wyjaśnienie

Wzór opisuje zmianę kierunku światła przy przejściu między dwoma ośrodkami. α — kąt padania, γ — kąt załamania. Jeśli n₂ > n₁, światło ugina się w stronę normalnej.

Prawo Odbicia:

Wzór na prawo odbicia: α = γ — kąt padania światła jest równy jego kątowi odbicia

α=γ
Komentarz

Kąt padania jest równy kątowi odbicia. Promień odbity leży w tej samej płaszczyźnie co promień padający.

2. Soczewki i Układy Optyczne

Wzór Soczewkowy:

Wzór dla cienkiej soczewki: 1/F = 1/d + 1/f′ — wiąże ogniskową soczewki z odległościami przedmiotu i obrazu

1F= 1d+ 1f'
Wyjaśnienie

F — ogniskowa soczewki; d — odległość przedmiotu od soczewki; f′ — odległość obrazu od soczewki. Wzór pozwala na znajdowanie pozycji obrazów.

Zdolność Zbierająca Soczewki:

Wzór na zdolność zbierającą soczewki: D = 1/F — odwrotność ogniskowej, charakteryzuje zdolność załamywania światła przez soczewkę

D= 1F
Wyjaśnienie

D — zdolność zbierająca w dioptriach; F — ogniskowa w metrach. Im większe D, tym silniej soczewka załamuje światło.

Powiększenie Liniowe:

Wzór na powiększenie liniowe: Γ = H′ / H — stosunek wysokości obrazu do wysokości przedmiotu, pokazuje ile razy obraz jest większy lub mniejszy od przedmiotu

Γ= H'H
Komentarz

Γ — współczynnik powiększenia; H — wysokość przedmiotu, H′ — wysokość obrazu. Jeśli Γ > 1, obraz jest większy od przedmiotu.

3. Optyka Falowa

Interferencja Światła:

Wzory na interferencję światła: Δ = k·λ — warunek na maksimum, Δ = (k + ½)·λ — warunek na minimum, gdzie k — liczba całkowita, λ — długość fali

Δ=k·λ  (maksimum)
Δ= (k+12)·λ  (minimum)
Wyjaśnienie

Δ — różnica dróg fal, λ — długość fali, k — rząd maksimum (liczba całkowita). Maksimum występuje, gdy różnica dróg jest całkowitą wielokrotnością długości fali, minimum, gdy jest to wielokrotność połówkowa. Interferencja jest wynikiem nałożenia się fal o stabilnej różnicy faz.

Siatka Dyfrakcyjna:

Wzór na siatkę dyfrakcyjną: d·sin(φ) = k·λ — warunek na maksimum interferencyjne, gdzie d — okres siatki, φ — kąt dyfrakcji, k — rząd maksimum, λ — długość fali

d·sin(ϕ)= k·λ
Komentarz

d — okres siatki (odległość między szczelinami); φ — kąt dyfrakcji; λ — długość fali; k — rząd maksimum. Wzór określa kierunek maksimów podczas dyfrakcji światła.

Zależność Długości Fali i Prędkości Światła od Współczynnika Załamania:

Wzór: n = λ₁ / λ₂ = v₁ / v₂ — względny współczynnik załamania pokazuje, ile razy zmienia się długość fali i prędkość światła przy przejściu z jednego ośrodka do drugiego

n= λ1λ2= v1v2
Komentarz

Ten wzór pokazuje, jak zmienia się długość fali (λ) i prędkość światła (v), gdy światło przechodzi z jednego ośrodka do drugiego. Współczynnik załamania (n) ośrodka określa, o ile światło jest "spowolnione" i jego długość fali jest skrócona w porównaniu do próżni. Im większy współczynnik załamania, tym bardziej światło zwalnia i tym krótsza staje się jego długość fali w tym ośrodku.