Oversikt

Optikk deles i geometrisk optikk (stråleoptikk for store objekter) og bølgeoptikk (interferens og diffraksjon). Begge er pensum i FYS1001.

Geometrisk optikk – refleksjon og brytning

Refleksjonsloven: innfallsvinkel = refleksjonsvinkel (målt fra normalen). Snells lov for brytning:

$$n_1 \sin\theta_1 = n_2 \sin\theta_2$$

der $n$ er brytningsindeks ($n_{luft} \approx 1{,}00$, $n_{vann} \approx 1{,}33$, $n_{glass} \approx 1{,}5$). Totalrefleksjon oppstår for $\theta_1 > \theta_c$ der $\sin\theta_c = n_2/n_1$ ($n_1 > n_2$).

Tynne linser

Linseformelen (positiv brennvidde $f$ for konvergerende linse):

$$\frac{1}{s_o} + \frac{1}{s_i} = \frac{1}{f}$$

Førstørring: $m = -s_i/s_o$. Negativt $m$ betyr invertert bilde.

Bølgeoptikk – interferens og diffraksjon

For Youngs dobbelspalteeksperiment, konstruktiv interferens:

$$d\sin\theta = m\lambda, \quad m = 0, \pm1, \pm2, \ldots$$

der $d$ er spaltebredden og $\lambda$ er bølgelengden. For en enkelt spalte, første destruktive minimum:

$$a\sin\theta = \lambda$$

Interferens i tynne filmer: lys som reflekteres fra over- og underside kan interferere konstruktivt eller destruktivt avhengig av filmtykkelse og faseskift ved refleksjon.

Eksempel 1: Snells lov

Oppgave: Lys treffer grenseflaten mellom luft ($n_1 = 1{,}00$) og glass ($n_2 = 1{,}52$) med innfallsvinkel $\theta_1 = 40°$. Finn brytnervinkelen $\theta_2$.

Løsning: $\sin\theta_2 = (n_1/n_2)\sin\theta_1 = (1/1{,}52)\sin 40° = 0{,}422$. $\theta_2 = \arcsin(0{,}422) \approx 24{,}9°$.

Eksempel 2: Dobbelspalte

Oppgave: I et Youngs eksperiment er spaltebredden $d = 0{,}10$ mm og lys med $\lambda = 550$ nm brukes. Hva er vinkelen til den første konstruktive maksimum ($m = 1$)?

Løsning: $\sin\theta = m\lambda/d = (1)(550 \times 10^{-9})/(0{,}10 \times 10^{-3}) = 5{,}5 \times 10^{-3}$. $\theta \approx 0{,}315°$.

Studieguide: Optikk – bølgeoptikk og geometrisk optikk

Studieguide: Optikk – bølgeoptikk og geometrisk optikk