Valo aaltoliikkeenä DFCL3 Fysiikan hahmottava kokeellisuus kokonaisuus 12
|
|
- Kirsi Toivonen
- 8 vuotta sitten
- Katselukertoja:
Transkriptio
1 Valo aaltoliikkeenä DFCL3 Fysiikan hahmottava kokeellisuus kokonaisuus 12 Sirpa Pöyhönen ja Taisto Herlevi Ryhmä E4 Ohj. Ari Hämäläinen HY
2 Sisällysluettelo 1. PERUSHAHMOTUS JA ESIKVANTIFIOINTI VALOLÄHTEET VASTAANOTTIMET VÄRI VOIMAKKUUS ETENEMINEN HEIJASTUMINEN TAITTUMINEN INTERFERENSSI JA DIFFRAKTIO POLARISAATIO KVANTIFIOINTI AALLONPITUUS CD-LEVYN HILAVAKION MÄÄRITTÄMINEN VALONNOPEUS MIKROAALLOT ETENEMINEN JA HEIJASTUMINEN TAITTUMINEN DIFFRAKTIO POLARISAATIO AALLONPITUUS TYÖPROSESSIN KUVAUS
3 1. Perushahmotus ja esikvantifiointi 1.1 Valolähteet Valo tulee jostakin lähteestä. Aktiiviset lähteet kuten aurinko, lamput, salama, kynttilä, joka edustaa liekillistä palamista, lähettävät säteilyä. Valolähde voi olla myös passiivinen kuten peili, metallipinta tai pilvinen taivas. Ne eivät itse tuota säteilemäänsä valoa. Niissä valon lähettäminen perustuu heijastumiseen tai sirontaan. 1.2 Vastaanottimet Valon vastaanottamiseen tarvitaan laite, joka reagoi valoon. Silmä ja filmi ovat herkkiä valolle samoin valokenno, valovastus ja valaistusmittari. 1.3 Väri Värivalokuvien värit näkyvät, kun niitä katsellaan auringonvalossa. Tilanne muuttuu, kun käytetään värillisiä suodattimia tai laservaloa. Laservalolla valaistussa kuvassa nähdään vain punaista ja mustaa. Kuvasarjassa nähdään värien muuttuminen, kun valkoisen valon asemesta kohdetta valaistaan punaisella tai sinisellä valolla. Kuva Hedelmäasetelma valkoisessa, punaisessa ja sinisessä valossa Ns. sininen hetki muuttaa luonnon värit, värit katoavat, kun valo vähenee. 1.4 Voimakkuus Lukeminen yhden kynttilän valossa on vaikeaa, mutta tilanne korjaantuu, kun kynttilöitä on useita. Yksittäisen lampun avulla on helppo havaita valaistuksen heikkeneminen siirryttäessä kauemmas lampusta. Mitä kauemmaksi lampusta siirrytään sitä laajemman alueen lamppu valaisee ja samalla valaistuksen voimakkuus heikkenee. Yleisvalo ei ole riittävä lukuvalo, vaan tarvitaan kohdevalaisin. 1.5 Eteneminen Valon etenemistä voidaan tarkastella asettamalla läpinäkymätön este valon tielle, jolloin esteen taa syntyy valoton alue eli varjo. Jos esinettä valaiseva valolähde on suurikokoinen, voidaan havaita tumma sydänvarjo ja vaaleampi puolivarjo, kuva Pienikokoisen valaisimen lähettämät valonsäteet tulevat lähes samasta pisteestä ja muodostuu selvärajainen sydänvarjo, kuva Valo ei siis pääse esteen taa, josta voidaan päätellä valon etenevän suoraan. Asiaa voidaan tarkastella myös lasersäteen avulla, joka suunnataan veteen, johon on sekoitettu hieman maitojauhetta. Havaitaan säteen kulkevan suoraan. 3
4 Kuva Suuren valolähteen aiheuttama varjo Kuva Pistemäisen valonlähteen aiheuttama varjo 1.6 Heijastuminen Kun valonsäde kohtaa peilipinnan, muodostuu samankaltainen kuvio kuin vesiaaltojen heijastuessa altaan seinämistä, kuvat ja Kuvassa näkyvät viivat ovat valonsäteitä, kuvassa viivat ovat vesiaaltojen aaltorintamia. Kuva Valonsäteiden heijastuminen Kuva Vesiaaltojen heijastuminen 1.7 Taittuminen Kuva Lasersäde vedessä ja muovissa Kuvassa lasersäde on suunnattu vasemmalta yläviistosta petrimaljaan, jossa on punaisella karamellivärillä värjättyä vettä. Petrimalja on asetettu muovisen särmiön päälle. Kuvasta havaitaan säteen muuttavan suuntaansa, kun se kohtaa petrimal- 4
5 jan pohjan, säde taittuu. Vastaava ilmiö esiintyy vesiaalloilla aaltoammeessa, kun veden syvyys muuttuu. Kokeessa aaltoammeeseen on asetettu kolmion muotoinen madalle. Aaltojen aallonpituus ja suunta muuttuvat, ne taittuvat, kuva Madaltavan esteen kuvaa on korostettu varjostimella katkoviivoin. Kuva Aallonpituuden ja suunnan muuttuminen aallon taittuessa. Kun valkoinen valo kulkee prisman läpi, valo taittuu ja hajoaa väreiksi, muodostuu spektri, kuva Spektrin värit näkyvät myös sateenkaaressa, kuva Kuva Prisma hajottaa valkoisen valon eri väreiksi. Kuva Sateenkaari 5
6 1.8 Interferenssi ja diffraktio Kun tarkasteltiin aaltoammeessa kahdesta raosta leviäviä rengasaaltoja, havaittiin aaltojen interferoivan eli yhdistyvän. Rengasaallot vahvistivat toisiaan yhtenäisillä käyrillä, muodostui vesiaaltojen säteitä, kuva Säteiden suuntaan vaikuttivat rakojen välimatka ja aallonpituus. Vastaava kuvio saatiin aikaan kahta rinnakkaista lähdettä käyttäen, kuva Kuva Vesiaallot kahdesta raosta Kuva Kaksi häiriölähdettä Hyvin suuri määrä tasavälisiä rakoja muodostaa optisen hilan, kuva Käytännössä hila valmistetaan vetämällä lasilevyyn yhdensuuntaisia naarmuja. Naarmujen välit vastaavat rakoja. Kuva Optinen hila Kun kapea valonsäde suunnataan hilaan, nähdään interferenssin seurauksena diffraktiokuvio kuten vesiaalloilla. Kuvan muodostaneen hilan hilavakio oli suurempi eli hilassa oli vähemmän viivoja millimetrillä kuin kuvan tilanteessa. Sivumaksimit siirtyvät yhä kauemmaksi päämaksimista, kun hilavakio pienenee. Kuva Diffraktio suuri hilavakio 6
7 Kuva Pieni hilavakio Valolla on samat ominaisuudet kuin vesiaalloilla, joten valokin on aaltoliikettä. Edellä todettiin valon hajoavan väreiksi prismassa. Valkoinen valo saadaan hajoamaan väreiksi myös hilassa, kuva Eri värit muodostavat omat minimi- ja maksimikohtansa eli eri väreillä on ilmeisesti yhteys aallonpituuteen. Kuva Valkoisen valon hajoaminen väreiksi hilassa Suuntasimme hilaan, jossa on 300 viivaa millimetrillä, kapean valkoisen valonsäteen sekä lasersäteen. Laitteisto on esitetty kaaviokuvin kuvissa ja Hehkulamppu Linssi Varjostin Rako Hila Kuva Hila ja valkoinen valonsäde Lase Hila Varjostin Kuva Hila ja lasersäde 7
8 Lasersäteestä muodostuneet diffraktiomaksimit asettuvat kohdakkain valkoisen valon diffraktiokuvion punaisen kanssa, kuva Kuva Lasersäde ja valkoinen valo samassa hilassa Tarkastelimme raon muodon vaikutusta muodostuneeseen diffraktiokuvioon. Kuvan kuvio on muodostunut kuusikulmion muotoisessa raossa ja kuvan rako oli neliön muotoinen. Kuva Diffraktio kuusikulmion muotoisessa raossa Kuva Diffraktio neliön muotoisessa raossa Tarkastelimme myös, miten raon leveys ja rakojen lukumäärä vaikuttavat diffraktiokuvioiden syntyyn. Valitettavasti tästä työstä otetut valokuvat ovat tuhoutuneet viallisen levykkeen myötä. Huomasimme, että mitä suurempi raon leveys oli, sitä tarkempirajainen oli syntynyt diffraktiokuva. Samoin rakojen lisääminen tarkensi syntyneitä kuvia. Rakojen välimatkan pienentäminen johti diffraktiokuvan leviämiseen voimakkaamman taipumisen myötä, kuvat ja
9 1.9 Polarisaatio Tarkastelimme valon kulkua polarisaatiosuotimen läpi. Käytimme valolähteenä piirtoheitintä. Kuvassa on valkokankaalle muodostunut kuva kahdesta päällekkäisestä polarisaatiolevystä. Kiertämällä toista polarisaatiolevyä, havaittiin, että tietyssä asennossa toisen levyn läpi ei pääse lainkaan valoa, kuva Kun toista polarisaatiolevyä kierretään ensimmäisen levyn päällä, havaitaan, että tietyssä asennossa toisen polarisaattorin läpi ei tule lainkaan valoa. Kuva Kaksi polarisaatiolevyä Kuva Kaksi isoa ja yksi pieni polarisaatiolevy Kuvassa esiintyy myös kolmas polarisaattori. Suurempien levyjen läpi ei tule ollenkaan valoa läpi, eli sitä oli kierretty 90 siitä lukien, jolloin kaikki valo ei tuli läpi. Levyjen väliin asetettiin kolmas polarisaattori siten, että se oli 45 kulmassa edellisiin. Havaittiin, että valoa tulee hieman läpi. Kokeiden perusteella voidaan päätellä valolla olevan ominaisuus, joka riippuu valon etenemissuuntaan nähden kohtisuorasta suunnasta. Näyttäisi, että polarisaatiolevy kiertää valon polarisaatiotasoa. 2. Kvantifiointi 2.1 Aallonpituus Kun kapea valonsäde suunnataan hilaan, muodostuu diffraktiokuvio. Kaikista raoista suoraan eteenpäin tulevat valonsäteet ovat samassa vaiheessa ja vahvistavat toisiaan. Näin syntyy päämaksimi. Vesiaaltokokeiden perusteella saadaan sivumaksimien suunnille d sin Θ = nλ, missä d on hilavakio, Θ taipumiskulma, n maksimien kertaluku ja λ valon aallonpituus. Määritimme punaisen valon aallonpituuden. Suuntasimme lasersäteen hilaan ja mittasimme muodostuneesta kuviosta sivumaksimien, 1, 2,,7 etäisyydet päämaksimista, 0 sekä varjostimen etäisyyden hilasta. Käytimme neljää erilaista hilaa. Tulokset on taulukoitu taulukkoon 2.1.1, laitteisto on kuvassa
10 Hila viivaa/mm 0-1 cm 0-2 cm 0-3 cm 0 4 cm 0-5 cm 0-6 cm 0-7 cm varjostimen etäisyys/cm 80 7,2 14,4 21,7 29,3 141, ,9 18,1 24,5 37,3 47,7 58, , ,1 57,9 98,4 141, , ,2 Taulukko Sivumaksimien etäisyydet päämaksimista eri hiloilla Hilan viivojen lukumäärästä saadaan laskettua hilavakio, d = (0,001/viivojen lkm)m. Varjostimen etäisyys hilasta ja sivumaksimin etäisyys päämaksimista määrittävät sivumaksimin etäisyyden hilasta, a. Tarkastelimme ensimmäisen kertaluvun maksimeita ja laskimme taipumiskulmien sinien arvot. Taulukossa on esitetty arvot hilavakioille, d, sivumaksimien etäisyyksille hilasta, a, taipumiskulmien sinille ja sinien käänteisluvuille. Hila viivaa/mm d/m a/cm sinθ 1/sinΘ 80 0, ,3835 0, , , ,4802 0, , , ,7771 0, , , ,3411 0, , Taulukko Kun piirsimme kuvaajan (1/sin Θ,d) koordinaatistoon, havaitsimme pisteiden sijoittuvan suoralle, kuva Aallonpituus 0,0000 0,0000 y = 6, E-07x 0,0000 d /m 0,0000 0,0000 0,0000 0,0000 0, /sinΘ Kuva Kuvaajan kulmakertoimesta saadaan aallonpituuden arvoksi λ = 634 nm. Kirjallisuusarvo punaisen valon aallonpituusalueelle on nm ja kokeessa käytetylle helium-neon laserille 632,8 nm. Kun suuntasimme hilaan kapean, valkoisen valonsäteen, havaitsimme värien erottuvan toisistaan ja kunkin värin sivumaksimien sijoittuvan omille etäisyyksilleen, kuva Jokaiselle värille on siis mahdollista määrittää oma aallonpituutensa 10
11 2.2 Cd-levyn hilavakion määrittäminen Cd-levy koostuu pienistä kuopista ja niiden välisistä tasanteista, jotka seuraavat toisiaan spiraalin muodossa sisäreunalta ulkoreunalle. Tasanteet ja kuopat ovat valoa hyvin heijastavalla alumiinikalvolla, jolloin kuoppa vastaa tallennetun binaaritiedon arvoa 0 ja heijastava tasanne arvoa 1. CD-levyä voidaan käyttää heijastushilana, jolloin spiraaliviivan muodostavalta ura-kuoppa systeemiltä ja sen väliin jäävältä tasanteelta heijastunut valo interferoi ja muodostaa diffraktiokuvion. Kuva Valon heijastuminen CD-levyltä Määritimme CD-levyn hilavakion heijastamalla laservaloa CD-levystä taululle, kuvat ja Kuva Mittausjärjestely CD-levyn hilavakiolle Kohtisuoraan heijastushilaan saapuvan valon taipumiskulmat θ n noudattavat lakia d sin θ n = nλ; n = 0,1,2,..., Koska kohtisuoraan CD-levystä takaisin heijastuva valo osui valonlähteenä toimineeseen laseriin, mittasimme ensimmäisten maksimien välisen etäisyyden. Ensimmäisille maksimeille n=1. 11
12 CD-levy 2θ laser Diffraktiokuvio 113,4 cm 124,5 cm Kuva Kaaviokuva koejärjestelystä Saimme seuraavat tulokset: Mittauksen geometriasta seuraa: 113,4cm : 2 o tanθ = 0,4554 ja θ 0, ,5cm Edelleen: 9 n λ m 6 d = = 1, m = 1,531µ m o sinθ sin 0, Valonnopeus. Valonnopeuden määrittämiseksi käytimme Pasco Scientificin laitteistoa (malli OS- 9261A, 62 ja 63A), joka perustuu Foucaultin pyörivän peilin menetelmään, kuva Säädeltävä kovera peili Säteenjakaja Pyörivä peili Kuva Mittalaitteiston kaaviokuva. Mittausmikroskooppi Laitteistossa laserin lähettämä valo tarkennetaan pisteeseen s linssin L 1 läpi. Linssi L 2 asetetaan siten, että pisteen s kuva heijastuu ja tarkentuu pyörivästä peilistä M R säädettävään koveraan peiliin M F. Peilistä M F valo heijastuu samaa reittiä takaisin ja tarkentuu pisteeseen s. Jotta heijastuneen pisteen kuvaa voitaisiin katsoa ja mitata 12
13 mikroskoopilla, asetetaan valon reitille säteenjakaja. Näin heijastuneen ja palaavan valon synnyttämää kuvaa voidaan havainnoida myös pisteessä s. Kun pyörivää peiliä M R pyöritetään eri taajuuksilla, sen kautta peilille M F heijastunut kuva osuu palattuaan pyörivälle peilille hieman eri kulmassa, kuin se oli heijastuttuaan pyörivästä peilistä. Tämä ero näkyy syntyvässä kuvassa mittausmikroskoopissa kuvan s siirtymisenä. Mittaamalla näitä siirtymiä pyörivän peilin taajuuden funktiona, voidaan valon nopeus määrittää. Kuvassa 2.3.2a on esitetty valon kulku laserilta peiliin M F, kun pyörivä peili M R on kulmassa θ. Valo saapuu laserilta peilille M R kulmassa θ ja koska tulo- ja heijastuskulma ovat yhtä suuret, heijastuu valon säde kulmassa θ. Näin saapuvan ja heijastuneen valonsäteen välinen kokonaiskulma on suuruudeltaan 2θ. Valo osuu koveraan peiliin M F pisteessä S. Kuva 2.3.2b esittää valonsäteen kulun hieman myöhempänä ajanhetkenä, kun M R on kiertynyt kulman θ verran, eli on kulmassa θ 1 = θ + θ. Nyt saapuvan ja heijastuneen valonsäteen välinen kokonaiskulma on siis 2θ 1 = 2(θ + θ). Pistettä, johon valo osuu peilissä M F merkitään nyt S 1. Merkitään peilien M R ja M F välistä etäisyyttä kirjaimella D. Tällöin pisteiden S ja S 1 välimatka voidaan laskea: S 1 S = D(2θ 1-2θ) = D[2(θ + θ) - 2θ] = 2D θ (1) Kuva a Kuva Kuva b b Kuvat 2.3.2a ja 2.3.2b Heijastuskohta peilillä M F Tilanteen helpottamista ja koveralta peililtä M F saapuvan valonsäteen seuraamista varten siirrytään tarkastelemaan valonsäteen kulun mukautettua kuvaa, kuva Kriittiset kohdat valon kulun geometriassa eivät muutu, vaan peilien problematiikasta siirrytään tarkastelemaan yksinkertaista linssioptiikkaa. Kun pyörivä peili on kulmassa θ 1, piste S 1 on linssin L 2 optisella akselilla. Piste S on etäisyydellä S = S 1 S linssin L 2 optisesta akselista. Esine, joka sijaitsee optisella akselilla ja jonka korkeus on S, 13
14 muodostaa kuvan pisteeseen s. Kuvan korkeus on tällöin (-i/o) S, missä i ja o ovat kuvan ja esineen etäisyydet linssistä. Negatiivinen etumerkki kuvaa kuvan kääntymistä linssissä. Säteenjakasta heijastunut kuva muodostuu samalla tavalla ja on saman korkuinen. Pyörivä peili Kuva mukautettu kuva valon kulusta Koska emme välitä kuvan kääntymisestä, miinusmerkki voidaan jättää huomiotta ja käyttämällä kuvan merkintöjä apuna saadaan: s = s = (-i/o) S = A S D + B Yhdistämällä (1) ja (2) sekä ottamalla huomioon S = S 1 S saadaan kuvan siirtymä pyörivän peilin kulman muutoksen avulla: 2DA θ s' = (3) D + B Kulma θ riippuu peilin M R kulmanopeudesta ja ajasta, joka valolta menee peilien M R ja M F väliseen edestakaiseen matkaan 2D. Tälle riippuvuudelle saadaan yhtälö: 1Dω θ = (4) c missä c on valonnopeus ja ω on kulmanopeus. Yhdistämällä (4) ja (3) saadaan: 2 4AD ω s' = c( D + B) (5) Järjestämällä termit uudestaan saadaan lauseke valonnopeudelle: 2 4AD ω c =, (6) ( D + B) s' missä c = valonnopeus, ω = pyörivän peilin kulmanopeus, A = linssien L 2 ja L 1 välimatka vähennettynä linssin L 1 polttovälillä, B = linssin L 2 ja pyörivän peilin M R välimatka, D = pyörivän peilin M R ja koveran peilin M F välimatka sekä s = lasersäteen kuvan siirtymä mikroskoopilta katsottuna, kun M R pyörii kulmanopeudella ω. Koska pyörivän peilin nopeus mittalaitteistossa on ilmoitettu pyörimistaajuutena (kierrosta/sekunti) myötä tai vastapäivään voidaan kaava (6) kirjoittaa muotoon: (2) 14
15 2 8 AD ( fcw + fccw ) c = π, (7) ( D + B)( s' s' ) cw ccw missä f cw on pyörimistaajuus myötäpäivään ja f ccw on pyörimistaajuus vastapäivään. Vastaavasti s cw ja s cww ovat valonsäteen poikkeamat peilin pyöriessä myötä- ja vastapäivään. Rakensimme mittalaitteiston ohjeiden mukaan, jolloin mittalaitteiston osien välimatkat olivat seuraavat (vertaa kuvaan ): Linssien välimatka: L 1 L mm Linssin L 1 polttoväli: -48 mm Kuvan muodostus: A 261 mm Linssin L 2 ja peilin M R välimatka: B 486 mm Peilien M F ja M R välimatka D 9035 mm Taulukko Seuraavaksi mittasimme valon kulussa tapahtuvia siirtymiä mikroskoopilta erilaisilla pyörivän peilin kierrostaajuuksilla sekä myötä- että vastapäivään. Tulokset on taulukoitu taulukkoon f CW (1/s) s' CW (mm) f CCW (1/s) s' CCW (mm) s' cw - s' ccw (mm) f cw + f ccw (1/s) 20 11, ,42 0, , ,37 0, , ,32 0, , ,28 0, , ,22 0, , ,15 0, Taulukko Kun saadut taajuuksien summat piirretään koordinaatistoon siirtymien erotuksien funktiona, havaitaan pisteiden asettuvan suoralle. Tällä perusteella, kun pyörivän peilin taajuus tunnetaan ja valon säteen poikkeama voidaan mitata, saadaan valon 2 8πAD fcw + fccw nopeudelle vakioarvo, valonnopeus c = k, missä k =. D + B s' s' cw ccw taajuuksien summa siirtymien funktiona f cw + f ccw (1/s) y = 5328,7x 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 s ' cw - s ' ccw (mm) Kuva Kulmakertoimen arvoksi saimme k = 5328, s -1 m -1 ja 15
16 2 8πAD ,06 mm 2 ja siis D + B 2 8πAD c = k = 5328, s -1 m , m 2 2, m/s. D + B 3. Mikroaallot Mikroaaltolähteessä on sähköinen värähtelypiiri ja antenni, vastaanottimessa on vastaanottoantenni ja ilmaisin. Synty- ja vastaanottomekanismista voi päätellä, että mikroaallot ovat sähkömagneettista aaltoliikettä. Suoritimme joukon kokeita osoittaaksemme, että mikroaallot käyttäytyvät monissa suhteissa kuten valo. Lähetin Vastaanotin Ilmaisin Kuva 3.1 Mikroaaltolähde ja vastaanotinyksiköt 3.1 Eteneminen ja heijastuminen Suuntasimme mikroaallot lähettimen ja vastaanottimen väliin asetettuun metallilevyyn ja tarkastelimme niiden heijastumista ja kulkemista metallilevyn läpi, kuva Totesimme, etteivät mikroaallot läpäise metallilevyä, mutta heijastuvat siitä. Kuva Mikroaaltojen heijastuminen 16
17 3.2 Taittuminen Asetimme prisman muotoisen parafiinista valmistetun kappaleen mikroaaltolähettimen ja vastaanottimen väliin, kuva Totesimme mikroaaltojen läpäisevän parafiinikappaleen, mutta taittuvan prisman vaikutuksesta. Kuva Mikroaaltojen taittuminen 3.3 Diffraktio Asetimme lähettimen ja vastaanottimen väliin pahvilevyn, johon oli säännollisin välein kiinnitetty tasalevyisiä alumiinifoliosta valmistettuja kaistaleita, kuva Pahvilevy toimi hilan tavoin aiheuttaen hilan taakse maksimi- ja minimikohtia, joita etsimme vastaanottimen avulla. Hilan takana lineaarisesti oli voimakkain maksimi, jonka kummallakin puolella havaitsimme pienempiä maksimikohtia, sivumaksimeita. Kuva Mikroaaltosäteily ja hila 17
18 3.4 Polarisaatio Mikroaaltolähetin lähettää polaroitunutta sähkömagneettista säteilyä, samoin vastaanotin havaitsee mikroaaltosäteilystä vain sen komponentin, joka on vastaanottodiodin suuntainen. Polarisaation suunnalla tarkoitetaan sähkömagneettisen säteilyn sähkökentän suuntaa. Säteilyn magneettikentän suunta on sähkökentän suuntaa vastaan kohtisuorassa. Tämän havaitsimme kiertämällä vastaanotinta lähettimen kentässä. Kokeilimme mikroaaltosäteilyn polarisaatiota asettamalla lähettimen ja vastaanottimen väliin polarisaattoriritilän, kuva Havaitsimme, että (1) säteily tulee läpi silloin, kun ritilän langat ovat kohtisuorassa polarisaatiotasoa vastaan ja (2) kun langat ovat polarisaatiotason suuntaisia, säteilyä ei tule läpi. Tutkimme myös ritilästä heijastuvaa säteilyä. Havaitsimme tapauksessa (1), että säteilyä ei heijastu, mutta tapauksessa (2) heijastuu, kuva Kuva Mikroaaltojen polarisaatio polarisaattorin läpi Kuva Mikroaaltojen heijastuminen polarisaattorista Ilmiöt voidaan selittää tarkastelemalla tulevan säteilyn indusoimaa virtaa langoissa, ja näiden värähtelijöiden lähettämää säteilyä. Kun langat ovat kohtisuorassa tulevan säteilyn polarisaation suuntaan nähden, ei lankoihin indusoidu virtaa, eikä ritilän läpi menevä kenttä häiriinny mitenkään. Kun langat ovat tulevan säteilyn polarisaation suuntaiset, niihin indusoituu virta siten, että tämän virran aiheuttama säteilyn polarisaatio on vastakkaisessa vaiheessa tulevan säteilyn polarisaation kanssa. Tämä kenttä havaitaan lähettimen puolella heijastumana, sen sijaan toisella puolella alkuperäinen ja ritilän säteilyn polarisaatiot ovat vastakkaisessa vaiheessa ja sammuttavat toisensa. 3.5 Aallonpituus Määritimme mikroaaltojen aallonpituuden seisovien aaltojen avulla. Mikroaaltolähteestä lähtevä säteily heijastuu metallilevystä ja muodostaa seisovan aallon lähteestä tulevan aallon kanssa. Mittasimme mikrofonin ja vahvistimen avulla seisovan aallon äänen maksimi- ja minimikohdat. Mittajärjestely on esitetty kuvassa Heijastuspinnasta mitattujen ääniminimien etäisyydet on esitetty taulukossa
19 Ääni- etäisyys minimit heijastuspinnasta/cm 1 28,4 2 30,0 3 31,6 4 33,2 5 34,8 6 36,4 7 38,0 8 39,6 Taulukko Ääniminimien etäisyys heijastuspinnasta Kun taulukossa olevat tiedot esitetään kuvaajan muodossa, havaitaan mittapisteiden sijoittuvan suoralle, kuva Seisova aaltoliike Etäisyys heijastuspinnasta/cm 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 Kuva ,0 0,0 y = 1,6x + 26, Ääniminimit Suoran kulmakertoimesta saadaan seisovan aaltoliikkeen aallonpituuden puolikas, λ/2 = 1,6 cm, jolloin λ = 3,2 cm = 0,032 m. 3.2 Mikroaallon nopeus Mikroaaltosäteily on sähkömagneettisen kentän aaltoliikettä, jonka aallonpituus λ, taajuus f ja nopeus c noudattavat aaltoliikkeen perusyhtälöä; c = fλ Käyttämässämme laitteistossa oli taajuus f = 9,45 GHz ja mittaamamme aallonpituus oli 3,2 cm, joten c = 9, /s 0,032 m = 3, m/s. Saamamme arvo on lähellä mittaamaamme valonnopeutta (mittaus 2.2) 2, m/s. Kirjallisuusarvo mikroaaltojen ja valonnopeudesta on2, m/s. Mikroaaltojen ja valon samankaltaisesta käyttäytymisestä teemme johtopäätöksen, että valo on sähkömagneettista aaltoliikettä. 19
20 4. Työprosessin kuvaus Kun valitsimme aihekokonaisuutta, keskustelimme useista vaihtoehdoista, mutta päädyimme lopulta yksimielisesti valoon aaltoliikkeenä. Meitä kiinnosti erityisesti valon nopeuden mittaaminen. Kokonaisuutta on myös helppo hyödyntää sekä yläasteella että lukiossa. Varsinainen työn suunnittelu alkoi hieman takaperoisesti. Suoritimme valon nopeuden mittaamiseen liittyvät työt ennen kuin muuta kokonaisuutta oli edes ajateltu. Jatkoimme kuitenkin käsitekartan laatimisella, mikä tuntui edellisten kokonaisuuksien perusteella hyvin luontevalta. Käsitekartan rakenne oli mielenkiintoinen, sillä siihen liittyi paljon perushahmottavia ja esikvantifioivia tai toiseen kokonaisuuteen rinnastavia ilmiöitä. Kun käsitekartta oli valmis, etsimme sopivia demonstraatioita. Kvantitatiivisia mittauksia oli vain muutamia. Valon nopeuden määrittämisen kanssa jouduimme työskentelemään yllättävän kauan, vaikka saimmekin asiantuntevaa opastusta. Laitteistossa oli erittäin yksityiskohtaiset ohjeet ja ensimmäinen kokoaminen ja mittaus onnistuikin hyvin. Jouduimme kuitenkin säätämään laitteiston uudelleen, sillä ilmeisesti mitatessamme peilien välistä etäisyyttä siirsimme hieman koko laitteistoa. Kun olimme yrittäneet jonkin aikaa tuloksetta säätää laitteistoa kohdalleen, totesimme, että oli helpointa aloittaa aivan alusta. Purimme siis laitteiston ja kokosimme sen alusta alkaen uudelleen. Valon nopeuden mittaaminen ei ollut muuten fyysisesti rasittavaa, mutta silmiin se kävi. Teimme kaikki demonstraatiot fysiikan laitoksella, missä oli asianmukaiset välineet ja tilat. Näin ollen töiden tekeminen oli melko helppoa. Demonstraatiot säilyttivät merkityksensä, mikä niillä oli jo alkuvaiheessa. Valo aaltoliikkeenä on esteettinen kokonaisuus. Kuvamuodossa diffraktio- ja dispersiokuviot menettävät osan tehostaan, mutta pimeässä huoneessa tarkasteltuna ne ovat erittäin vaikuttavia. Myös muut valoilmiöt ovat kauniita. Raporttimme syntyi yhteistyönä. Kirjoitimme kumpikin osia ja kokosimme ne yhteen. Luimme toistemme osuudet ja muokkasimme niitä kommenttien perusteella. Valitsimme yhdessä työhön liitettävät kuvat. Vastuu oli koko ajan ryhmällä. 20
d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila
Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila Optisessa hilassa on hyvin suuri määrä yhdensuuntaisia, toisistaan yhtä kaukana olevia
LisätiedotFYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA
FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT HILA JA PRISMA MIKKO LAINE 9. toukokuuta 05. Johdanto Tässä työssä muodostamme lasiprisman dispersiokäyrän ja määritämme työn tekijän silmän herkkyysrajan punaiselle valolle. Lisäksi
LisätiedotKuten aaltoliikkeen heijastuminen, niin myös taittuminen voidaan selittää Huygensin periaatteen avulla.
FYS 103 / K3 SNELLIN LAKI Työssä tutkitaan monokromaattisen valon taittumista ja todennetaan Snellin laki. Lisäksi määritetään kokonaisheijastuksen rajakulmia ja aineiden taitekertoimia. 1. Teoriaa Huygensin
LisätiedotVALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka. Kari Sormunen Kevät 2014
VALAISTUSTA VALOSTA Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2014 OPPILAIDEN KÄSITYKSIÄ VALOSTA Oppilaat kuvittelevat, että valo etenee katsojan silmästä katsottavaan kohteeseen.
LisätiedotVALAISTUSTA VALOSTA. Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet. Kari Sormunen Syksy 2014
VALAISTUSTA VALOSTA Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet Kari Sormunen Syksy 2014 OPPILAIDEN KÄSITYKSIÄ VALOSTA Oppilaat kuvittelevat, että valo etenee katsojan silmästä katsottavaan kohteeseen. Todellisuudessa
LisätiedotValo, valonsäde, väri
Kokeellista fysiikkaa luokanopettajille Ari Hämäläinen kevät 2005 Valo, valonsäde, väri Näkeminen, valonlähteet Pimeässä ei ole valoa, eikä pimeässä näe. Näkeminen perustuu esineiden lähettämään valoon,
LisätiedotVALON DIFFRAKTIO YHDESSÄ JA KAHDESSA RAOSSA
1 VALON DIFFRAKTIO YHDESSÄ JA KAHDESSA RAOSSA MOTIVOINTI Tutustutaan laservalon käyttöön aaltooptiikan mittauksissa. Tutkitaan laservalon käyttäytymistä yhden ja kahden kapean raon takana. Määritetään
LisätiedotVALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO
1 VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO 1 Työn tavoitteet Tässä työssä tutkit valoa aaltoliikkeenä. Tutustut valon taipumiseen eli diffraktioon, joka havaitaan esimerkiksi, kun monokromaattinen valo kulkee
LisätiedotValon havaitseminen. Näkövirheet ja silmän sairaudet. Silmä Näkö ja optiikka. Taittuminen. Valo. Heijastuminen
Näkö Valon havaitseminen Silmä Näkö ja optiikka Näkövirheet ja silmän sairaudet Valo Taittuminen Heijastuminen Silmä Mitä silmän osia tunnistat? Värikalvo? Pupilli? Sarveiskalvo? Kovakalvo? Suonikalvo?
LisätiedotYHDEN RAON DIFFRAKTIO. Laskuharjoitustehtävä harjoituksessa 11.
YHDEN RAON DIFFRAKTIO Laskuharjoitustehtävä harjoituksessa 11. Vanha tenttitehtävä Kapean raon Fraunhoferin diffraktiokuvion irradianssijakauma saadaan lausekkeesta æsin b ö I = I0 ç b è ø, missä b = 1
LisätiedotRatkaisu: Maksimivalovoiman lauseke koostuu heijastimen maksimivalovoimasta ja valonlähteestä suoraan (ilman heijastumista) tulevasta valovoimasta:
LASKUHARJOITUS 1 VALAISIMIEN OPTIIKKA Tehtävä 1 Pistemäinen valonlähde (Φ = 1000 lm, valokappaleen luminanssi L = 2500 kcd/m 2 ) sijoitetaan 15 cm suuruisen pyörähdysparaboloidin muotoisen peiliheijastimen
Lisätiedot4 Optiikka. 4.1 Valon luonne
4 Optiikka 4.1 Valon luonne 1 Valo on etenevää aaltoliikettä, joka syntyy sähkökentän ja magneettikentän yhteisvaikutuksesta. Jos sähkömagneettinen aalto (valoaalto) liikkuu x-akselin suuntaan, värähtelee
LisätiedotRATKAISUT: 16. Peilit ja linssit
Physica 9 1 painos 1(6) : 161 a) Kupera linssi on linssi, jonka on keskeltä paksumpi kuin reunoilta b) Kupera peili on peili, jossa heijastava pinta on kaarevan pinnan ulkopinnalla c) Polttopiste on piste,
LisätiedotTyön tavoitteita. 1 Johdanto
FYSP103 / K2 FRAUNHOFERIN DIFFRAKTIO Työn tavoitteita havainnollistaa valon taipumiseen (diffraktio) ja interferenssiin liittyviä ilmiöitä erilaisissa rakosysteemeissä sekä syventää kyseisten ilmiöiden
LisätiedotKuva 1. Valon polarisoituminen. P = polarisaattori, A = analysaattori (kierrettävä).
P O L A R I S A A T I O VALON POLARISAATIO = ilmiö, jossa valon sähkökentän värähtelyt tapahtuvat vain yhdessä tasossa (= polarisaatiotasossa) kohtisuorasti etenemissuuntaa vastaan Kuva 1. Valon polarisoituminen.
Lisätiedot7 VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO
7 VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO 7.1 Valon luonne Valon mallit: Hiukkasmalli: Valo koostuu pienistä hiukkasista Aaltomalli: Valo on aaltoliikettä Aaltohiukkasdualismi: Valoa voidaan tarkastella sekä
LisätiedotValon luonne ja eteneminen. Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen
Valon luonne ja eteneminen Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen 1 Valonlähteitä Perimmiltään valon lähteenä toimii kiihtyvässä liikkeessä olevat sähkövaraukset Kaikki
LisätiedotOPTIIKAN TYÖ. Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti:
Fysiikka 1-2:n/Fysiikan peruskurssien harjoitustyöt (mukautettu lukion oppimäärään) Nimi: Päivämäärä: Assistentti: OPTIIKAN TYÖ Vastaa ensin seuraaviin ennakkotietoja mittaaviin kysymyksiin. 1. Mitä tarkoittavat
LisätiedotTyö 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA
TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/5 Työ 2324B 4h. VALON KULKU AINEESSA TYÖN TAVOITE Työssä perehdytään optisiin ilmiöihin tutkimalla valon kulkua linssisysteemeissä ja prismassa. Tavoitteena on saada
LisätiedotTURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1 TEKNIIKKA FYSIIKAN LABORATORIO V
TURUN AMMATTIKORKAKOUU TYÖOHJ 1 3A. asertyö 1. Työn tarkoitus Työssä perehdytään interferenssi-ilmiöön tutkimalla sitä erilaisissa tilanteissa laservalon avulla. 2. Teoriaa aser on lyhennys sanoista ight
LisätiedotELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)
ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op) Jari J. Hänninen 2015 16/IV V Luentoviikko 9 Tavoitteet Valon luonne ja eteneminen Dispersio Lähde: https: //www.flickr.com/photos/fastlizard4/5427856900/in/set-72157626537669172,
Lisätiedot25 INTERFEROMETRI 25.1 Johdanto
5 INTERFEROMETRI 5.1 Johdanto Interferometrin toiminta perustuu valon interferenssiin. Interferenssillä tarkoitetaan kahden tai useamman aallon yhdistymistä yhdeksi resultanttiaalloksi. Kuvassa 1 tarkastellaan
Lisätiedot3. Optiikka. 1. Geometrinen optiikka. 2. Aalto-optiikka. 3. Stokesin parametrit. 4. Perussuureita. 5. Kuvausvirheet. 6. Optiikan suunnittelu
3. Optiikka 1. Geometrinen optiikka 2. Aalto-optiikka 3. Stokesin parametrit 4. Perussuureita 5. Kuvausvirheet 6. Optiikan suunnittelu 3.1 Geometrinen optiikka! klassinen optiikka! Valoa kuvaa suoraan
LisätiedotSEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA
1 SEISOVA AALTOLIIKE MOTIVOINTI Työssä tutkitaan poikittaista ja pitkittäistä aaltoliikettä pitkässä langassa ja jousessa. Tarkastellaan seisovaa aaltoliikettä. Määritetään aaltoliikkeen etenemisnopeus
Lisätiedota) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3.
Ohjeita: Tee jokainen tehtävä siististi omalle sivulleen/sivuilleen. Merkitse jos tehtävä jatkuu seuraavalle konseptille. Kirjoita ratkaisuihin näkyviin tarvittavat välivaiheet ja perustele lyhyesti käyttämästi
LisätiedotLinssin kuvausyhtälö (ns. ohuen linssin approksimaatio):
Fysiikan laboratorio Työohje 1 / 5 Optiikan perusteet 1. Työn tavoite Työssä tutkitaan valon kulkua linssisysteemeissä ja perehdytään interferenssi-ilmiöön. Tavoitteena on saada perustietämys optiikasta
LisätiedotDiplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe 28.5.2014, malliratkaisut
A1 Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 014 Insinöörivalinnan fysiikan koe 8.5.014, malliratkaisut Kalle ja Anne tekivät fysikaalisia kokeita liukkaalla vaakasuoralla jäällä.
LisätiedotBraggin ehdon mukaan hilatasojen etäisyys (111)-tasoille on
763343A KIINTEÄN AINEEN FYSIIKKA Ratkaisut 2 Kevät 2018 1. Tehtävä: Kuparin kiderakenne on pkk. Käyttäen säteilyä, jonka aallonpituus on 0.1537 nm, havaittiin kuparin (111-heijastus sirontakulman θ arvolla
LisätiedotFYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA
FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA 1 JOHDANTO Työssä tutustutaan hila- ja prismaspektrometreihin, joiden avulla tutkitaan valon taipumista hilassa ja taittumista prismassa. Samalla tutustutaan eräiden
LisätiedotSPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA
FYSA234/K2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA 1 Johdanto Kvanttimekaniikan mukaan atomi voi olla vain tietyissä, määrätyissä energiatiloissa. Perustilassa, jossa atomi normaalisti on, energia on pienimmillään.
LisätiedotKuva 1. Kaaviokuva mittausjärjestelystä. Laserista L tuleva valonsäde kulkee rakojärjestelmän R läpi ja muodostaa diffraktiokuvion varjostimelle V.
VALON DIFFRAKTIO 1 Johdanto Tässä laboratoriotyössä havainnollistetaan diffraktiota ja interferenssiä valaisemalla kapeita rakoja laservalolla ja tarkastelemalla rakojen takana olevalle varjostimelle syntyviä
Lisätiedot4 Optiikka. 4.1 Valon luonne
4 Optiikka 4.1 Valon luonne 1 Valo on etenevää aaltoliikettä, joka syntyy sähkökentän ja magneettikentän yhteisvaikutuksesta. Jos sähkömagneettinen aalto (valoaalto) liikkuu x-akselin suuntaan, värähtelee
LisätiedotFYSA2031/K2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA
FYSA2031/K2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA 1 Johdanto Kvanttimekaniikan mukaan atomi voi olla vain tietyissä, määrätyissä energiatiloissa. Perustilassa, jossa atomi normaalisti on, energia on pienimmillään.
LisätiedotDiffraktio. Luku 36. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun
Luku 36 Diffraktio PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman Lectures by James Pazun Johdanto Ääni kuuluu helposti nurkan taakse Myös valo voi taipua
Lisätiedot1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V1.31 9.2011
1/6 333. SÄDEOPTIIKKA JA FOTOMETRIA A. INSSIN POTTOVÄIN JA TAITTOKYVYN MÄÄRITTÄMINEN 1. Työn tavoite. Teoriaa 3. Työn suoritus Työssä perehdytään valon kulkuun väliaineissa ja niiden rajapinnoissa sädeoptiikan
LisätiedotTyön tavoitteita. 1 Teoriaa
FYSP103 / K3 BRAGGIN DIFFRAKTIO Työn tavoitteita havainnollistaa röntgendiffraktion periaatetta konkreettisen laitteiston avulla ja kerrata luennoilla läpikäytyä teoriatietoa Röntgendiffraktio on tärkeä
LisätiedotMekaniikan jatkokurssi Fys102
Mekaniikan jatkokurssi Fys102 Syksy 2009 Jukka Maalampi LUENTO 12 Aallot kahdessa ja kolmessa ulottuvuudessa Toistaiseksi on tarkasteltu aaltoja, jotka etenevät yhteen suuntaan. Yleisempiä tapauksia ovat
LisätiedotEssee Laserista. Laatija - Pasi Vähämartti. Vuosikurssi - IST4SE
Jyväskylän Ammattikorkeakoulu, IT-instituutti IIZF3010 Sovellettu fysiikka, Syksy 2005, 5 ECTS Opettaja Pasi Repo Essee Laserista Laatija - Pasi Vähämartti Vuosikurssi - IST4SE Sisällysluettelo: 1. Laser
LisätiedotTURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/7 TIETOTEKNIIKKA / SALO FYSIIKAN LABORATORIO V1.5 12.2007
TURUN AMMATTIKORKEAKOULU TYÖOHJE 1/7 Työ 24AB S4h. LASERTYÖ JA VALON SPEKTRIN ANALYSOINTI TYÖN TARKOITUS LASERTYÖ Lasereita käytetään esimerkiksi tiedonsiirrossa, analysoinnissa ja terapiassa ja työstämisessä.
LisätiedotYOUNGIN KOE. varmistaa, että tuottaa vaihe-eron
9 10. YOUNGIN KOE Interferenssin perusteella voidaan todeta, onko jollakin ilmiöllä aaltoluonne. Historiallisesti ajatellen Youngin (ja myös Fresnelin) kokeet 1800-luvun alussa olivat hyvin merkittäviä.
LisätiedotInterferenssi. Luku 35. PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman. Lectures by James Pazun
Luku 35 Interferenssi PowerPoint Lectures for University Physics, Twelfth Edition Hugh D. Young and Roger A. Freedman Lectures by James Pazun Johdanto Interferenssi-ilmiö tapahtuu, kun kaksi aaltoa yhdistyy
Lisätiedot11.1 MICHELSONIN INTERFEROMETRI
47 11 INTERFEROMETRIA Edellisessä kappaleessa tarkastelimme interferenssiä. Instrumentti, joka on suunniteltu interferenssikuvion muodostamiseen ja sen tutkimiseen (mittaamiseen) on ns. interferometri.
LisätiedotELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)
ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op) Jari J. Hänninen 2015 16/IV V Luentoviikko 12 Tavoitteet Diffraktio Fresnel- ja Fraunhofer-diffraktio Diffraktio yhdestä raosta Yhden raon kuvion intensiteetti Monen
LisätiedotS-108-2110 OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö
S-108-2110 OPTIIKKA 1/10 POLARISAATIO Laboratoriotyö S-108-2110 OPTIIKKA 2/10 SISÄLLYSLUETTELO 1 Polarisaatio...3 2 Työn suoritus...6 2.1 Työvälineet...6 2.2 Mittaukset...6 2.2.1 Malus:in laki...6 2.2.2
Lisätiedot23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto. 23.2 Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen
3 VALON POLARISAATIO 3.1 Johdanto Mawellin htälöiden avulla voidaan johtaa aaltohtälö sähkömagneettisen säteiln etenemiselle väliaineessa. Mawellin htälöiden ratkaisusta seuraa aina, että valo on poikittaista
LisätiedotLuento 15: Ääniaallot, osa 2
Luento 15: Ääniaallot, osa 2 Aaltojen interferenssi Doppler Laskettuja esimerkkejä Luennon sisältö Aaltojen interferenssi Doppler Laskettuja esimerkkejä Aaltojen interferenssi Samassa pisteessä vaikuttaa
LisätiedotFY3: Aallot. Kurssin arviointi. Ryhmätyöt ja Vertaisarviointi. Itsearviointi. Laskennalliset ja käsitteelliset tehtävät
FY3: Aallot Laskennalliset ja käsitteelliset tehtävät Ryhmätyöt ja Vertaisarviointi Itsearviointi Kurssin arviointi Kurssin arviointi koostuu seuraavista asioista 1) Palautettavat tehtävät (20 %) 3) Itsearviointi
LisätiedotGeometrinen optiikka. Tasopeili. P = esinepiste P = kuvapiste
Geometrinen optiikka Tasopeili P = esinepiste P = kuvapiste Valekuva eli virtuaalinen kuva koska säteiden jatkeet leikkaavat (vs. todellinen kuva, joka muodostuu itse säteiden leikkauspisteeseen) Tasomainen
LisätiedotTyö 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1
Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla Työvuoro 40 pari 1 Tero Marttila Joel Pirttimaa TLT 78949E EST 78997S Selostuksen laati Tero Marttila Mittaukset suoritettu 12.11.2012 Selostus palautettu 19.11.2012
LisätiedotPolarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009
Polarisaatio Timo Lehtola 26. tammikuuta 2009 1 Johdanto Lineaarinen, ympyrä, elliptinen Kahtaistaittuvuus Nicol, metalliverkko Aaltolevyt 2 45 Polarisaatio 3 Lineaarinen polarisaatio y Sähkökentän vaihtelu
LisätiedotHILA JA PRISMA. 1. Työn tavoitteet. 2. Työn teoriaa
Oulun yliopisto Fysiikan opetuslaboratorio Fysiikan laboratoriotyöt. Työn tavoitteet Tässä työssä tutustut hilaan ja prismaan, joiden avulla valo voidaan hajottaa eri väreiksi eli eri aallonpituuksiksi.
LisätiedotFysiikan laboratoriotyöt 2, osa 2 ATOMIN SPEKTRI
Fysiikan laitos, kevät 2009 Fysiikan laboratoriotyöt 2, osa 2 ATOMIN SPEKTRI Valon diffraktioon perustuvia hilaspektrometrejä käytetään yleisesti valon aallonpituuden määrittämiseen. Tätä prosessia kutsutaan
Lisätiedotja siis myös n= nk ( ). Tällöin dk l l
Tästä havaitaan, että jos nopeus ei riipu aallonpituudesta, ts. ei ole dispersiota, vg = v p. Tilanne on tällainen esimerkiksi tyhjiössä, missä vg = v p = c. Dispersiivisessä väliaineessa v p = c/ n, missä
Lisätiedot1 Johdanto (1) missä 0 on. interferenssi. mittauksen tarkkuudeksi Δ
25B INTERFEROMETRI 1 Johdanto 1.1 Michelsonin interferometri Kuva 1. Michelsonin interferometrin periaate. Michelsoninn interferometrin periaate on esitetty kuvassa 1. Laitteisto koostuu laserista, puoliläpäisevästää
LisätiedotThe acquisition of science competencies using ICT real time experiments COMBLAB. Kasvihuoneongelma. Valon ja aineen vuorovaikutus. Liian tavallinen!
Kasvihuoneongelma Valon ja aineen vuorovaikutus Herra Brown päätti rakentaa puutarhaansa uuden kasvihuoneen. Liian tavallinen! Hänen vaimonsa oli innostunut ideasta. Hän halusi uuden kasvihuoneen olevan
LisätiedotKJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme
KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka Luento 22.3.2016 Susanna Hurme Päivän aihe: Rotaatioliikkeen kinematiikka: kulmanopeus ja -kiihtyvyys (Kirjan luvut 12.7, 16.3) Osaamistavoitteet Osata analysoida jäykän
LisätiedotValon diffraktio yhdessä ja kahdessa raossa
Jväslän Ammattioreaoulu, IT-instituutti IXPF24 Fsiia, Kevät 2005, 6 ECTS Opettaja Pasi Repo Valon diffratio hdessä ja ahdessa raossa Laatija - Pasi Vähämartti Vuosiurssi - IST4S1 Teopäivä 2005-2-17 Palautuspäivä
Lisätiedot24AB. Lasertutkimus ja spektrianalyysi
TURUN AMMATTIKORKAKOULU TYÖOHJ 1/7 24AB. Lasertutkimus ja spektrianalyysi 1. Työn tarkoitus Lasereilla on runsaasti käytännön sovelluksia esimerkiksi tiedonsiirrossa, aineiden analysoinnissa ja työstämisessä
LisätiedotTeoreettisia perusteita I
Teoreettisia perusteita I - fotogrammetrinen mittaaminen perustuu pitkälti kollineaarisuusehtoon, jossa pisteestä heijastuva valonsäde kulkee suoraan projektiokeskuksen kautta kuvatasolle - toisaalta kameran
LisätiedotAaltojen heijastuminen ja taittuminen
Luku 11 Aaltojen heijastuminen ja taittuminen Tässä luvussa käsitellään sähkömagneettisten aaltojen heijastumista ja taittumista väliaineiden rajapinnalla. Rajoitutaan monokromaattisiin aaltoihin ja oletetaan
LisätiedotAaltojen heijastuminen ja taittuminen
Luku 11 Aaltojen heijastuminen ja taittuminen Tässä luvussa käsitellään sähkömagneettisten aaltojen heijastumista ja taittumista väliaineiden rajapinnalla. Rajoitutaan monokromaattisiin aaltoihin ja oletetaan
Lisätiedot2. Pystyasennossa olevaa jousta kuormitettiin erimassaisilla kappaleilla (kuva), jolloin saatiin taulukon mukaiset tulokset.
Fysiikka syksy 2005 1. Nykyinen käsitys Aurinkokunnan rakenteesta syntyi 1600-luvulla pääasiassa tähtitieteellisten havaintojen perusteella. Aineen pienimpien osasten rakennetta sitä vastoin ei pystytä
LisätiedotKuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus
Kuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus värähtelytiheyden. 1 Funktiot ja aallot Aiemmin käsiteltiin funktioita ja miten niiden avulla voidaan kuvata fysiikan
LisätiedotFY6 - Soveltavat tehtävät
FY6 - Soveltavat tehtävät 21. Origossa on 6,0 mikrocoulombin pistevaraus. Koordinaatiston pisteessä (4,0) on 3,0 mikrocoulombin ja pisteessä (0,2) 5,0 mikrocoulombin pistevaraus. Varaukset ovat tyhjiössä.
Lisätiedot33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ
TYÖOHJE 14.7.2010 JMK, TSU 33 SOLENOIDIN JA TOROIDIN MAGNEETTIKENTTÄ Laitteisto: Kuva 1. Kytkentä solenoidin ja toroidin magneettikenttien mittausta varten. Käytä samaa digitaalista jännitemittaria molempien
Lisätiedot34. Geometrista optiikkaa
34. Geometrista optiikkaa 34. Kuvan muodostuminen 2 Lähtökohta: Pistemäisestä esineestä valonsäteet lähtevät kaikkiin suuntiin. P P 3 s s Arkihavainto: Tasopeili muodostaa kuvan heijastamalla esineen pisteistä
LisätiedotKvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi
Kvantittuminen Planckin kvanttihypoteesi Kappale vastaanottaa ja luovuttaa säteilyä vain tietyn suuruisina energia-annoksina eli kvantteina Kappaleen emittoima säteily ei ole jatkuvaa (kvantittuminen)
Lisätiedot7.4 PERUSPISTEIDEN SIJAINTI
67 7.4 PERUSPISTEIDEN SIJAINTI Optisen systeemin peruspisteet saadaan systeemimatriisista. Käytetään seuraavan kuvan merkintöjä: Kuvassa sisäänmenotaso on ensimmäisen linssin ensimmäisessä pinnassa eli
LisätiedotFYS03: Aaltoliike. kurssin muistiinpanot. Rami Nuotio
FYS03: Aaltoliike kurssin muistiinpanot Rami Nuotio päivitetty 24.1.2010 Sisältö 1. Mekaaninen aaltoliike 2 1.1. Harmoninen voima 2 1.2. Harmoninen värähdysliike 2 1.3. Mekaaninen aalto 3 1.4. Mekaanisen
LisätiedotTyö 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla. Työvuoro 40 pari 1
Työ 21 Valon käyttäytyminen rajapinnoilla Työvuoro 40 pari 1 Tero Marttila Joel Pirttimaa TLT 78949E EST 78997S Selostuksen laati Tero Marttila Mittaukset suoritettu 12.11.2012 Selostus palautettu 19.11.2012
LisätiedotPRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA 9.2.2011
PRELIMINÄÄRIKOE PITKÄ MATEMATIIKKA 9..0 Kokeessa saa vastata enintään kymmeneen tehtävään.. Sievennä a) 9 x x 6x + 9, b) 5 9 009 a a, c) log 7 + lne 7. Muovailuvahasta tehty säännöllinen tetraedri muovataan
LisätiedotKenttäteoria. Viikko 10: Tasoaallon heijastuminen ja taittuminen
Kenttäteoria Viikko 10: Tasoaallon heijastuminen ja taittuminen Tämän viikon sisältöä Todellinen aalto vai tasoaalto Desibelit Esitehtävä Kohtisuora heijastus metalliseinästä Kohtisuora heijastus ja läpäisy
LisätiedotMitataan yleismittarilla langan resistanssi, metrimitalla pituus, mikrometrillä langan halkaisija. 1p
avoimen sarjan ratkaisut 011 LUKION FYSIIKKAKILPAILU 8.11.011 AVOIN SARJA Kirjoita tekstaten koepaperiin oma nimesi, kotiosoitteesi, sähköpostiosoitteesi, opettajasi nimi sekä koulusi nimi. Kilpailuaikaa
Lisätiedoteli HUOM! - VALEASIAT OVAT AINA NEGATIIVISIA ; a, b, f, r < 0 - KOVERALLE PEILILLE AINA f > 0 - KUPERALLE PEILILLE AINA f < 0
PEILIT KOVERA PEILI JA KUPERA PEILI: r = PEILIN KAAREVUUSSÄDE F = POLTTOPISTE eli focus f = POLTTOVÄLI eli polttopisteen F etäisyys pelin keskipisteestä; a = esineen etäisyys peilistä b = kuvan etäisyys
LisätiedotValo, laser ja optiikka -havaintovälineistö
Valo, laser ja optiikka -havaintovälineistö Pakkauksen sisältö 1 punainen laservalorasia, 635 nm,
LisätiedotVALON KÄYTTÄYTYMINEN RAJAPINNOILLA
VALON KÄYTTÄYTYMINEN RAJAPINNOILLA 1 Johdanto 1.1 Valon nopeus ja taitekerroin Maxwellin yhtälöiden avulla voidaan johtaa aaltoyhtälö sähkömagneettisen säteilyn (esimerkiksi valon) etenemiselle väliaineessa.
LisätiedotSuorakulmainen kolmio
Suorakulmainen kolmio 1. Määritä terävä kulma α, β ja γ, kun sinα = 0,5782, cos β = 0,745 ja tanγ = 1,222. π 2. Määritä trigonometristen funktioiden sini, kosini ja tangentti, kun kulma α = ja 3 β = 73,2
LisätiedotTekijä Pitkä matematiikka
K1 Tekijä Pitkä matematiikka 5 7..017 a) 1 1 + 1 = 4 + 1 = 3 = 3 4 4 4 4 4 4 b) 1 1 1 = 4 6 3 = 5 = 5 3 4 1 1 1 1 1 K a) Koska 3 = 9 < 10, niin 3 10 < 0. 3 10 = (3 10 ) = 10 3 b) Koska π 3,14, niin π
Lisätiedotoppilaitos: ARKADIAN YHTEISL YSEO
,/ VALO-OPPI oppilaitos: ARKADIAN YHTEISL YSEO kurssi FY1 tehnyt Markus Hagmal1 Jätetty syyskuun 28. päivä 1999 Tarkastaja Jari Pyy LYHENNELMÄ Tutkielma käsittelee optiikkaa eli valo-oppia Lukiessasi tätä
Lisätiedot12.3 KAHDEN RAON DIFFRAKTIO. Yhden kapean raon aiheuttama amplitudi tarkastelupisteeseen P laskettiin integraalilla E = ò,
9 1.3 KAHDN RAON DIFFRAKTIO Yhden kapean raon aiheuttama amplitudi tarkastelupisteeseen P laskettiin integraalilla = ò, + / L ikssinq R e ds r - / missä s on alkion ds etäisyys raon keskipisteestä, ja
Lisätiedot5. Optiikka. Havaitsevan tähtitieteen pk I, luento 5, Kalvot: Jyri Näränen ja Thomas Hackman. HTTPK I, kevät 2012, luento 5
5. Optiikka Havaitsevan tähtitieteen pk I, luento 5, 16.2. 2012 Kalvot: Jyri Näränen ja Thomas Hackman 1 5. Optiikka 1. Geometrinen optiikka 2. Peilit ja linssit 3. Perussuureita 4. Kuvausvirheet 5. Aalto-optiikka
Lisätiedot10.2. Säteenjäljitys ja radiositeettialgoritmi. Säteenjäljitys
10.2. Säteenjäljitys ja radiositeettialgoritmi Säteenjäljitys Säteenjäljityksessä (T. Whitted 1980) valonsäteiden kulkema reitti etsitään käänteisessä järjestyksessä katsojan silmästä takaisin kuvaan valolähteeseen
LisätiedotMekaniikan jatkokurssi Fys102
Mekaniikan jatkokurssi Fys12 Kevät 21 Jukka Maalampi LUENTO 11 Mekaaninen aaltoliike alto = avaruudessa etenevä järjestäytynyt häiriö. alto altoja on kahdenlaisia: Poikittainen aalto - poikkeamat kohtisuorassa
LisätiedotVAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA. Lauri Karppi j82095. SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI.
VAASAN YLIOPISTO TEKNILLINEN TIEDEKUNTA SÄHKÖTEKNIIKKA Oskari Uitto i78966 Lauri Karppi j82095 SATE.2010 Dynaaminen kenttäteoria DIPOLIRYHMÄANTENNI Sivumäärä: 14 Jätetty tarkastettavaksi: 25.02.2008 Työn
LisätiedotAaltoliike ajan suhteen:
Aaltoliike Aaltoliike on etenevää värähtelyä Värähdysliikkeen jaksonaika T on yhteen värähdykseen kuluva aika Värähtelyn taajuus on sekunnissa tapahtuvien värähdysten lukumäärä Taajuuden ƒ yksikkö Hz (hertsi,
LisätiedotFysiikan kotityöt. Fy 3.2 (24.03.2006) Heikki Juva, Aarne Niittyluoto, Heidi Kiiveri, Irina Pitkänen, (Risto Uusitalo)
Fysiikan kotityöt Fy 3. (4.03.006) Heikki Juva, Aarne Niittyluoto, Heidi Kiiveri, Irina Pitkänen, (Risto Uusitalo) Pieni kevennys tähän alkuun: Kuvalähteet: http://www.hotquanta.com/twinrgb.jpg http://www.visi.com/~reuteler/vinci/world.jpg
LisätiedotFy06 Koe 20.5.2015 Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7
Fy06 Koe 0.5.015 Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7 alitse kolme tehtävää. 6p/tehtävä. 1. Mitä mieltä olet seuraavista väitteistä. Perustele lyhyesti ovatko väitteet totta vai tarua. a. irtapiirin hehkulamput
LisätiedotHarjoitustehtävien vastaukset
Harjoitustehtävien vastaukset Esimerkiksi kaiutinelementti, rumpukalvo (niin rummussa kuin korvassa), jännitetty kuminauha tai kielisoittimien (esimerkiksi viulu, kitara) kielet, kellon koneisto, heiluri,
Lisätiedot2 Pistejoukko koordinaatistossa
Pistejoukko koordinaatistossa Ennakkotehtävät 1. a) Esimerkiksi: b) Pisteet sijaitsevat pystysuoralla suoralla, joka leikkaa x-akselin kohdassa x =. c) Yhtälö on x =. d) Sijoitetaan joitain ehdon toteuttavia
LisätiedotJakso 1: Pyörimisliikkeen kinematiikkaa, hitausmomentti
Jakso 1: Pyörimisliikkeen kinematiikkaa, hitausmomentti Kertausta Ympyrärataa kiertävälle kappaleelle on määritelty käsitteet kulmanopeus ja kulmakiihtyvyys seuraavasti: ω = dθ dt dω ja α = dt Eli esimerkiksi
Lisätiedot6 GEOMETRISTA OPTIIKKAA
127 6 GEOMETRISTA OPTIIKKAA Näemme itsemme peilistä. Kuuta voidaan katsoa kaukoputken läpi. Nämä ovat esimerkkejä optisesta kuvan muodostumisesta. Molemmissa tapauksissa katsottava esine näyttää olevan
LisätiedotFysiikan valintakoe klo 9-12
Fysiikan valintakoe 2.5.208 klo 9-2. Koripalloilija heittää vapaaheiton. Hän lähettää pallon liikkeelle korkeudelta,83 m alkuvauhdilla 7,53 m/s kulmassa 43,2 vaakatason yläpuolella. Pallon lähtöpisteen
LisätiedotKuvan etäisyys tässä tapauksessa on ns. polttoväli (focal length): ja kuvausyhtälö (6.3.2) voidaan kirjoittaa mukavaan muotoon + =. (6.3.
135 Kuvan etäisyys tässä tapauksessa on ns. polttoväli (focal length): R ì f > 0, kovera peili f = í (6.3.3) î f < 0, kupera peili ja kuvausyhtälö (6.3.) voidaan kirjoittaa mukavaan muotoon 1 1 1 + =.
LisätiedotFYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE 30.01.2014 VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!!
FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE 30.01.2014 VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!! 1. Vastaa, ovatko seuraavat väittämät oikein vai väärin. Perustelua ei tarvitse kirjoittaa. a) Atomi ei voi lähettää
LisätiedotMAIDON PROTEIININ MÄÄRÄN SELVITTÄMINEN (OSA 1)
MAIDON PROTEIININ MÄÄRÄN SELVITTÄMINEN (OSA 1) Johdanto Maito on tärkeä eläinproteiinin lähde monille ihmisille. Maidon laatu ja sen sisältämät proteiinit riippuvat useista tekijöistä ja esimerkiksi meijereiden
LisätiedotSÄHKÖMAGNEETTINEN KYTKEYTYMINEN
SÄHKÖMAGNEETTINEN KYTKEYTYMINEN H. Honkanen SÄHKÖMAGNEETTISEN KYTKEYTYMISEN TEORIAA Sähkömagneettinen kytkeytyminen on häiiöiden siitymistä sähkömagneettisen aaltoliikkeen välityksellä. Sähkömagneettisen
LisätiedotHavaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Optiikka. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos
Optiikka Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos kevät 2013 5. Optiikka Geometrinen optiikka Peilit ja linssit Perussuureita Kuvausvirheet Aalto-optiikka Optiikan suunnittelu 5.1 Geometrinen optiikka Klassinen
LisätiedotEsimerkki - Näkymätön kuu
Inversio-ongelmat Inversio = käänteinen, päinvastainen Inversio-ongelmilla tarkoitetaan (suoran) ongelman ratkaisua takaperin. Arkipäiväisiä inversio-ongelmia ovat mm. lääketieteellinen röntgentomografia
Lisätiedot