Światło- są to fale elektromagnetyczne, których długości fal dla przeciętnego ludzkiego oka mieszczą się w zakresie od 400 do 760 nm. W tych granicach światło nazywa się widoczny... Światło o najdłuższej długości fali wydaje nam się czerwone, a światło o najkrótszej długości fali wydaje się fioletowe. Łatwo zapamiętać zmienność kolorów widma za pomocą powiedzenia „ DO każdy O hotnik F chce Z nat, g de Z pieszy F azan ”. Pierwsze litery słów powiedzenia odpowiadają pierwszym literom podstawowych kolorów widma w kolejności malejącej długości fali (i odpowiednio rosnącej częstotliwości): „ DO czerwony - O ranga - Fżółty - Z Zielony - g niebieski - Z niebieski - F yoletovy ”. Nazywa się światło o długości fali dłuższej niż czerwony podczerwień... Nasze oczy tego nie zauważają, ale nasza skóra wychwytuje takie fale w postaci promieniowania cieplnego. Nazywa się światło o długości fali krótszej niż fiolet ultrafioletowy.
Fale elektromagnetyczne(i w szczególności, fale świetlne, lub po prostu światło) Jest polem elektromagnetycznym rozchodzącym się w czasie i przestrzeni. Fale elektromagnetyczne są poprzeczne - wektory siły elektrycznej i indukcji magnetycznej są do siebie prostopadłe i leżą w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku propagacji fali. Fale świetlne, jak każda inna fala elektromagnetyczna, rozchodzą się w materii ze skończoną prędkością, którą można obliczyć ze wzoru:
gdzie: ε oraz μ - przenikalność dielektryczna i magnetyczna substancji, ε 0 i μ 0 - stałe elektryczne i magnetyczne: ε 0 = 8,85419 · 10 -12 F/m, μ 0 = 1,25664 · 10-6 H/m. Prędkość światła w próżni(gdzie ε = μ = 1) jest stała i równa Z= 3 ∙ 10 8 m / s, można go również obliczyć za pomocą wzoru:
Prędkość światła w próżni jest jedną z podstawowych stałych fizycznych. Jeżeli światło rozchodzi się w jakimkolwiek ośrodku, to prędkość jego rozchodzenia się również wyraża się następującym stosunkiem:
gdzie: n- współczynnik załamania światła substancji - wielkość fizyczna, która pokazuje, ile razy prędkość światła w ośrodku jest mniejsza niż w próżni. Współczynnik załamania światła, jak widać z poprzednich wzorów, można obliczyć w następujący sposób:
- Światło przenosi energię. Kiedy fale świetlne się rozchodzą, następuje przepływ energii elektromagnetycznej.
- Fale świetlne są emitowane jako pojedyncze kwanty promieniowania elektromagnetycznego (fotony) przez atomy lub cząsteczki.
Oprócz światła istnieją inne rodzaje fal elektromagnetycznych. Są one dalej wymienione według malejącej długości fali (i odpowiednio rosnącej częstotliwości):
- Fale radiowe;
- Promieniowanie podczerwone;
- Widzialne światło;
- Promieniowanie ultrafioletowe;
- promieniowanie rentgenowskie;
- Promieniowanie gamma.
Ingerencja
Ingerencja- jeden z najjaśniejszych przejawów falowej natury światła. Jest to związane z redystrybucją energii świetlnej w przestrzeni, gdy tzw zgodny fale, czyli fale o tej samej częstotliwości i stałej różnicy faz. Natężenie światła w obszarze nakładania się wiązek ma charakter naprzemiennych jasnych i ciemnych pasów, przy czym intensywność jest większa w maksimach i mniejsza niż suma natężeń wiązek w minimach. Przy zastosowaniu światła białego prążki są barwione w różnych kolorach widma.
Do obliczenia interferencji używa się pojęcia długość drogi optycznej... Niech światło przemierzy odległość L w środowisku o współczynniku załamania n... Wtedy długość jego drogi optycznej obliczana jest ze wzoru:
Interferencja wymaga nałożenia co najmniej dwóch wiązek. Dla nich to jest obliczane różnica drogi optycznej(optyczna różnica długości) według wzoru:
To właśnie ta wartość określa, co dzieje się z interferencją: minimalną lub maksymalną. Pamiętaj o następujących kwestiach: maksymalna interferencja(jasny pasek) obserwuje się w tych punktach przestrzeni, w których spełniony jest następujący warunek:
Na m= 0, obserwuje się maksimum rzędu zerowego, w m= ± 1 maksimum pierwszego rzędu i tak dalej. Minimalna interferencja(ciemny pasek) obserwuje się, gdy spełniony jest następujący warunek:
W tym przypadku różnica faz oscylacji wynosi:
Przy pierwszej liczbie nieparzystej (jeden) będzie minimum pierwszego zamówienia, przy drugim (trzy), minimum drugiego zamówienia itd. Nie ma minimum rzędu zerowego.
Dyfrakcja. Siatka dyfrakcyjna
Dyfrakcjaświatło nazywamy zjawiskiem odchylania się światła od prostoliniowego kierunku propagacji podczas mijania w pobliżu przeszkód, których wymiary są porównywalne z długością fali światła (światło załamuje się wokół przeszkód). Doświadczenie pokazuje, że w określonych warunkach światło może przedostać się w obszar cienia geometrycznego (czyli tam, gdzie nie powinno). Jeżeli na drodze równoległego strumienia światła znajduje się okrągła przeszkoda (okrągły dysk, kula lub okrągły otwór w nieprzezroczystym ekranie), to na ekranie znajdującym się w dostatecznie dużej odległości od przeszkody pojawia się wzór dyfrakcyjny- system naprzemiennych jasnych i ciemnych pierścieni. Jeżeli przeszkoda jest liniowa (szczelina, nitka, krawędź ekranu), to na ekranie pojawia się układ równoległych prążków dyfrakcyjnych.
Siatki dyfrakcyjne to periodyczne struktury grawerowane specjalną maszyną dzielącą na powierzchni szklanej lub metalowej płyty. W dobrych kratach równoległe suwy mają około 10 cm długości, a na milimetr występuje do 2000 suwów. Co więcej, całkowita długość kraty sięga 10-15 cm, a produkcja takich krat wymaga zastosowania najwyższych technologii. W praktyce stosuje się również grubsze kraty z 50-100 uderzeń na milimetr nakładane na powierzchnię przezroczystej folii.
Przy normalnym padaniu światła na siatkę dyfrakcyjną maksima obserwowane są w niektórych kierunkach (oprócz tego, w którym światło padało początkowo). Być obserwowanym maksymalna interferencja, musi być spełniony następujący warunek:
gdzie: D- okres (lub stała) siatki (odległość między sąsiednimi uderzeniami), m- liczba całkowita nazywana rządem maksimum dyfrakcji. W tych punktach ekranu, dla których ten warunek jest spełniony, znajdują się tzw. maksima główne obrazu dyfrakcyjnego.
Prawa optyki geometrycznej
Optyka geometryczna Jest gałęzią fizyki, która nie uwzględnia falowych właściwości światła. Podstawowe prawa optyki geometrycznej były znane na długo przed ustaleniem fizycznej natury światła.
Optycznie jednorodny ośrodek jest ośrodkiem w całej objętości, którego współczynnik załamania światła pozostaje niezmieniony.
Prawo prostoliniowej propagacji światła: w optycznie jednorodnym ośrodku światło rozchodzi się w linii prostej. To prawo prowadzi do idei promienia świetlnego jako linii geometrycznej, wzdłuż której rozchodzi się światło. Należy zauważyć, że naruszone jest prawo prostoliniowego rozchodzenia się światła, a pojęcie wiązki światła traci sens, jeśli światło przechodzi przez małe otwory, których wymiary są porównywalne z długością fali (w tym przypadku obserwuje się dyfrakcję).
Na styku dwóch przezroczystych ośrodków światło może być częściowo odbite, tak że część energii świetlnej rozchodzi się po odbiciu w nowym kierunku, a częściowo przechodzi przez granicę i rozchodzi się w drugim ośrodku.
Prawo odbicia światła: padające i odbite promienie, a także prostopadłe do granicy między dwoma mediami, zrekonstruowane w punkcie padania promienia, leżą w tej samej płaszczyźnie (płaszczyźnie padania). Kąt odbicia γ równy kątowi padania α ... Zauważ, że wszystkie kąty w optyce są mierzone od prostopadłej do granicy między dwoma mediami.
Prawo załamania światła (prawo Snella): promienie padające i załamane, a także prostopadłe do granicy między dwoma ośrodkami, zrekonstruowane w punkcie padania promienia, leżą w tej samej płaszczyźnie. Stosunek sinusa kąta padania α do sinusa kąta załamania β jest stałą ilościową dla dwóch danych mediów i jest określana przez wyrażenie:
Prawo załamania zostało eksperymentalnie ustalone przez holenderskiego naukowca W. Snelliusa w 1621 roku. Stała wartość n 21 zadzwoń względny współczynnik załamania światła drugie środowisko w stosunku do pierwszego. Nazywa się współczynnik załamania ośrodka w stosunku do próżni bezwzględny współczynnik załamania.
Medium o wysokiej wartości wskaźnika bezwzględnego nazywamy optycznie gęstszym, a o niższej mniej gęstym. Przy przejściu z ośrodka o mniejszej gęstości do ośrodka gęstszego wiązka jest „dociskana” do pionu, a przechodząc z ośrodka gęstszego do mniej gęstego „oddala się” od pionu. Jedynym przypadkiem, w którym promień nie jest załamany, jest sytuacja, gdy kąt padania wynosi 0 (to znaczy promienie są prostopadłe do interfejsu między mediami).
Gdy światło przechodzi z ośrodka gęstszego optycznie do ośrodka mniej gęstego optycznie n 2 < n 1 (na przykład od szkła do powietrza) można zaobserwować zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia, czyli zniknięcie promienia załamanego. Zjawisko to obserwuje się przy kątach padania przekraczających pewien kąt krytyczny α pr, który nazywa się graniczny kąt całkowitego odbicia wewnętrznego... Dla kąta padania α = α pr, grzech β = 1, ponieważ β = 90 °, oznacza to, że załamany promień biegnie wzdłuż samej granicy faz, natomiast zgodnie z prawem Snella spełniony jest warunek:
Gdy tylko kąt padania staje się większy niż graniczny, załamany promień nie idzie już tylko wzdłuż granicy, ale w ogóle się nie pojawia, ponieważ jego sinus powinien być teraz większy niż jeden, a tak być nie może.
Soczewki
Obiektyw zwany przezroczystym ciałem, ograniczony dwiema kulistymi powierzchniami. Jeśli grubość samej soczewki jest mała w porównaniu do promieni krzywizny powierzchni kulistych, wówczas soczewka nazywa się chudy.
Soczewki są zbieranie oraz rozproszenie... Jeśli współczynnik załamania soczewki jest większy niż otoczenia, to soczewka skupiająca jest grubsza w środku niż na krawędziach, natomiast soczewka rozpraszająca jest cieńsza w środku. Jeśli współczynnik załamania soczewki jest mniejszy niż środowiska, to jest odwrotnie.
Linia prosta przechodząca przez środki krzywizny powierzchni kulistych nazywa się główna oś optyczna obiektywu... W przypadku soczewek cienkich można w przybliżeniu przyjąć, że główna oś optyczna przecina się z soczewką w jednym punkcie, co zwykle nazywa się środek optyczny soczewki... Wiązka światła przechodzi przez środek optyczny soczewki, nie odbiegając od pierwotnego kierunku. Wszystkie linie proste przechodzące przez środek optyczny są nazywane wtórne osie optyczne.
Jeżeli wiązka promieni równoległych do głównej osi optycznej zostanie skierowana na soczewkę, to po przejściu przez soczewkę promienie (lub ich kontynuacja) gromadzą się w jednym punkcie F, który jest nazywany główny punkt skupienia obiektywu... Cienka soczewka ma dwa ogniska główne, rozmieszczone symetrycznie względem soczewki na głównej osi optycznej. W przypadku zbierania soczewek sztuczki są prawdziwe, w przypadku rozpraszania są urojone. Odległość między optycznym środkiem obiektywu O i główny nacisk F nazywa długość ogniskowa... Jest oznaczony tą samą literą F.
Formuła soczewki
Główną właściwością soczewek jest możliwość nadawania obrazów obiektów. Obraz- jest to punkt w przestrzeni, w którym przecinają się promienie (lub ich przedłużenia) emitowane przez źródło po załamaniu w soczewce. Obrazy są proste oraz odwrotny, ważny(same promienie przecinają się) i wyimaginowany(przedłużenia promieni przecinają się), zwiększony oraz zredukowany.
Położenie obrazu i jego charakter można określić za pomocą konstrukcji geometrycznych. Aby to zrobić, użyj właściwości niektórych standardowych promieni, których ścieżka jest znana. Są to promienie przechodzące przez środek optyczny lub jedno z ognisk soczewki, a także promienie równoległe do głównej lub jednej z drugorzędnych osi optycznych.
Dla uproszczenia możesz pamiętać, że obraz punktu będzie punktem. Obraz punktu leżącego na głównej osi optycznej leży na głównej osi optycznej. Obraz segmentu to segment. Jeżeli segment jest prostopadły do głównej osi optycznej, to jego obraz jest prostopadły do głównej osi optycznej. Ale jeśli segment zostanie przechylony do głównej osi optycznej pod pewnym kątem, to jego obraz zostanie przechylony pod innym kątem.
Obrazy można również obliczyć za pomocą formuły cienkich soczewek... Jeśli najkrótsza odległość od obiektu do soczewki jest oznaczona przez D, a najkrótszą odległość od obiektywu do obrazu przez F, to wzór na cienką soczewkę można zapisać jako:
Wartość D odwrotność ogniskowej. są nazywane moc obiektywu... Jednostką miary mocy optycznej jest 1 dioptria (dioptria). Dioptria to moc optyczna obiektywu o ogniskowej 1 m.
Przyjmuje się, że ogniskowym soczewek przypisuje się pewne znaki: dla soczewki zbierającej F> 0, dla rozproszenia F < 0. Оптическая сила рассеивающей линзы также отрицательна.
Ilości D oraz F przestrzegaj również pewnej zasady znaków: F> 0 - dla poprawnych obrazów; F < 0 – для мнимых изображений. Перед D znak "-" jest umieszczany tylko w przypadku, gdy zbieżna wiązka promieni pada na soczewkę. Następnie są one mentalnie rozciągane do przecięcia za soczewką, tam umieszczane jest wyimaginowane źródło światła i dla niego określana jest odległość D.
W zależności od położenia obiektu w stosunku do obiektywu zmieniają się wymiary liniowe obrazu. Powiększenie liniowe soczewki Γ nazywany stosunkiem wymiarów liniowych obrazu i obiektu. Dla liniowego powiększenia obiektywu istnieje wzór:
W wielu urządzeniach optycznych światło przechodzi sekwencyjnie przez dwie lub więcej soczewek. Obraz przedmiotu, dany przez pierwszą soczewkę, służy jako przedmiot (rzeczywisty lub urojony) dla drugiej soczewki, która tworzy drugi obraz przedmiotu i tak dalej.
Pomyślne, rzetelne i odpowiedzialne wypełnianie tych trzech punktów, a także odpowiedzialne opracowanie końcowych testów treningowych, pozwoli Ci wykazać się doskonałymi wynikami na CT, maksymalnymi, do jakich jesteś zdolny.
Znalazłeś błąd?
Jeśli, jak Ci się wydaje, znalazłeś błąd w materiałach szkoleniowych, napisz o tym na e-mail (). W liście wskaż przedmiot (fizyka lub matematyka), tytuł lub numer tematu lub testu, numer problemu lub miejsce w tekście (stronie), gdzie Twoim zdaniem wystąpił błąd. Opisz również, na czym polega rzekomy błąd. Twój list nie pozostanie niezauważony, błąd zostanie albo naprawiony, albo zostaniesz wyjaśniony, dlaczego to nie jest błąd.
Starożytni naukowcy żyjący w V wieku pne sugerowali, że wszystko w przyrodzie i na tym świecie jest warunkowe i tylko atomy i pustkę można nazwać rzeczywistością. Do dziś zachowały się ważne dokumenty historyczne, potwierdzające koncepcję budowy światła jako stałego strumienia cząstek o określonych właściwościach fizycznych. Jednak samo określenie „optyka” pojawi się znacznie później. Nasiona takich filozofów, jak Demokryt i Euklides, zasiane podczas rozumienia struktury wszystkich procesów zachodzących na ziemi, dały swoje pędy. Dopiero na początku XIX wieku optyka klasyczna mogła nabyć swoje charakterystyczne cechy, rozpoznawalne przez współczesnych naukowców i pojawiła się jako pełnoprawna nauka.
Definicja 1
Optyka to ogromna gałąź fizyki, która bada i rozważa zjawiska bezpośrednio związane z propagacją potężnych fal elektromagnetycznych w widmie widzialnym, a także w jego bliskich zakresach.
Główna klasyfikacja tej sekcji odpowiada historycznemu rozwojowi doktryny specyfiki struktury światła:
- geometryczny - III wiek pne (Euklid);
- fizyczny - XVII wiek (Huygens);
- kwant - XX wiek (Planck).
Optyka w pełni charakteryzuje właściwości refrakcyjne światła i wyjaśnia zjawiska bezpośrednio związane z tym zagadnieniem. Metody i zasady układów optycznych są wykorzystywane w wielu stosowanych dyscyplinach, m.in. fizyce, elektrotechnice, medycynie (zwłaszcza okulistyce). W tych, jak również w interdyscyplinarnych dziedzinach, dużym zainteresowaniem cieszą się osiągnięcia optyki stosowanej, która wraz z mechaniką precyzyjną tworzy solidny fundament dla przemysłu optyczno-mechanicznego.
Natura światła
Optyka jest uważana za jedną z pierwszych i głównych gałęzi fizyki, w której przedstawiono ograniczenia starożytnych wyobrażeń o przyrodzie.
W rezultacie naukowcom udało się ustalić dwoistość zjawisk naturalnych i światła:
- korpuskularna hipoteza światła, pochodząca od Newtona, bada ten proces jako strumień cząstek elementarnych - fotonów, w którym absolutnie każde promieniowanie jest prowadzone dyskretnie, a minimalna część mocy danej energii ma częstotliwość i wartość odpowiadającą intensywność emitowanego światła;
- Falowa teoria światła, wywodząca się od Huygensa, implikuje koncepcję światła jako zbioru równoległych monochromatycznych fal elektromagnetycznych obserwowanych w zjawiskach optycznych i przedstawianych w wyniku działania tych fal.
Przy takich właściwościach światła brak przejścia siły i energii promieniowania na inne rodzaje energii jest uważany za całkowicie normalny proces, ponieważ fale elektromagnetyczne nie oddziałują ze sobą w przestrzennym środowisku zjawisk interferencyjnych, ponieważ efekty świetlne nadal się rozmnażają, nie zmieniając swojej specyfiki.
Hipotezy falowe i korpuskularne promieniowania elektrycznego i magnetycznego znalazły zastosowanie w pracach naukowych Maxwella w postaci równań.
Ta nowa koncepcja światła jako stale poruszającej się fali umożliwia wyjaśnienie procesów związanych z dyfrakcją i interferencją, w tym struktury pola świetlnego.
Charakterystyka światła
Długość fali świetlnej $ \ lambda $ bezpośrednio zależy od ogólnej prędkości propagacji tego zjawiska w ośrodku przestrzennym $ v $ i jest związana z częstotliwością $ \ nu $ w następujący sposób:
$ \ lambda = \ frac (v) (\ nu) = \ frac (c) (n \ nu) $
gdzie $ n $ jest parametrem refrakcyjnym ośrodka. Ogólnie rzecz biorąc, wykładnik ten jest główną funkcją długości fali elektromagnetycznej: $ n = n (\ lambda) $.
Zależność współczynnika załamania światła od długości fali przejawia się w postaci zjawiska systematycznego rozpraszania światła. Uniwersalne i wciąż słabo poznane pojęcie w fizyce to prędkość światła $c $. Jej szczególne znaczenie w absolutnej pustce to nie tylko maksymalne tempo rozprzestrzeniania się potężnych częstotliwości elektromagnetycznych, ale także maksymalna intensywność rozpowszechniania informacji lub innego fizycznego oddziaływania na obiekty materialne. Wraz ze wzrostem ruchu strumienia światła w różnych obszarach początkowa prędkość światła $ v $ często maleje: $ v = \ frac (c) (n) $.
Główne cechy światła to:
- skład spektralny i złożony, określony przez skalę długości fal świetlnych;
- polaryzacja, która jest determinowana ogólną zmianą otoczenia przestrzennego wektora elektrycznego przez propagację fali;
- kierunek rozchodzenia się wiązki światła, który powinien pokrywać się z frontem fali w przypadku braku dwójłomności.
Optyka kwantowa i fizjologiczna
Pomysł szczegółowego opisu pola elektromagnetycznego za pomocą kwantów pojawił się na początku XX wieku i został wyrażony przez Maxa Plancka. Naukowcy zasugerowali, że stała emisja światła realizowana jest za pomocą pewnych cząstek - kwantów. Trzydzieści lat później udowodniono, że światło jest nie tylko częściowo i równolegle emitowane, ale także pochłaniane.
Umożliwiło to Albertowi Einsteinowi zdefiniowanie dyskretnej struktury światła. Obecnie naukowcy nazywają kwanty światła fotonami, a sam strumień jest uważany za integralną grupę pierwiastków. Zatem w optyce kwantowej światło jest traktowane zarówno jako strumień cząstek, jak i fale jednocześnie, ponieważ procesów takich jak interferencja i dyfrakcja nie można wyjaśnić tylko jednym strumieniem fotonów.
W połowie XX wieku działalność badawcza Brown-Twiss pozwoliła na dokładniejsze określenie terytorium zastosowania optyki kwantowej. Praca naukowca dowiodła, że pewna liczba źródeł światła, które emitują fotony do dwóch fotodetektorów i wysyłają stały sygnał dźwiękowy o rejestracji pierwiastków, może sprawić, że urządzenia będą działać jednocześnie.
Wprowadzenie praktycznego wykorzystania światła nieklasycznego doprowadziło badaczy do niesamowitych wyników. Pod tym względem optyka kwantowa jest wyjątkowym nowoczesnym kierunkiem o ogromnych możliwościach badawczych i aplikacyjnych.
Uwaga 1
Współczesna optyka od dawna obejmuje wiele obszarów świata nauki i rozwiązań, które są pożądane i popularne.
Te dziedziny optyki są bezpośrednio związane z elektromagnetycznymi lub kwantowymi właściwościami światła, w tym z innymi dziedzinami.
Definicja 2
Optyka fizjologiczna to nowa interdyscyplinarna nauka, która bada wzrokową percepcję światła i łączy informacje z zakresu biochemii, biofizyki i psychologii.
Biorąc pod uwagę wszystkie prawa optyki, ta gałąź nauki opiera się na wskazanych naukach i ma specjalny kierunek praktyczny. Badane są elementy aparatu wzrokowego, a szczególną uwagę zwraca się na unikalne zjawiska, takie jak złudzenie optyczne i halucynacje. Wyniki prac w tym zakresie wykorzystywane są w fizjologii, medycynie, technice optycznej i przemyśle filmowym.
Dziś słowo optyka jest coraz częściej używane jako nazwa sklepu. Oczywiście w tak wyspecjalizowanych punktach można zakupić różnorodne urządzenia optyki technicznej - soczewki, okulary, mechanizmy ochrony wzroku. Na tym etapie sklepy posiadają nowoczesny sprzęt, który pozwala na dokładne określenie ostrości wzroku na miejscu, a także zidentyfikowanie istniejących problemów i sposobów ich eliminacji.
- Historia rozwoju optyki.
- Główne postanowienia korpuskularnej teorii Newtona.
- Główne postanowienia teorii fal Huygensa.
- Poglądy na naturę światła w XIX – XX wieki.
-
- Główne postanowienia optyki.
- Właściwości falowe optyki świetlnej i geometrycznej.
- Oko jako układ optyczny.
- Spektroskop.
- Optyczne urządzenie pomiarowe.
- Wniosek.
- Lista wykorzystanej literatury.
Historia rozwoju optyki.
Optyka - badanie natury światła, zjawisk świetlnych i oddziaływania światła z materią. I prawie cała jej historia to opowieść o poszukiwaniu odpowiedzi: czym jest światło?
Jedną z pierwszych teorii światła, teorię promieni wizualnych, przedstawił grecki filozof Platon około 400 rpne. mi. Teoria ta zakładała, że z oka emanują promienie, które spotykając się z przedmiotami oświetlają je i tworzą wygląd otaczającego świata. Poglądy Platona były wspierane przez wielu naukowców starożytności, a w szczególności Euklides (III w. p.n.e.), oparty na teorii promieni wizualnych, ustanowił doktrynę prostoliniowości rozchodzenia się światła, ustanowił prawo odbicia.
W tych samych latach odkryto następujące fakty:
- prostoliniowość rozchodzenia się światła;
- zjawisko odbicia światła i prawo odbicia;
- zjawisko załamania światła;
- skupiające działanie zwierciadła wklęsłego.
Starożytni Grecy położyli podwaliny pod gałąź optyki, która później otrzymała nazwę geometryczną.
Najciekawszą pracą dotyczącą optyki, która spłynęła do nas ze średniowiecza, jest praca arabskiego naukowca Algazena. Zajmował się odbijaniem światła od luster, zjawiskiem załamania i transmisji światła w soczewkach. Alhazen jako pierwszy wyraził pogląd, że światło ma skończoną prędkość propagacji. Ta hipoteza była poważna
krok w zrozumieniu natury światła.
W okresie renesansu dokonano wielu różnych odkryć i wynalazków; metoda eksperymentalna zaczęła stanowić podstawę badań i wiedzy o otaczającym świecie.
Na podstawie licznych faktów doświadczalnych w połowie XVII wieku powstały dwie hipotezy dotyczące natury zjawisk świetlnych:
- korpuskularny, który zakładał, że światło jest strumieniem cząstek wyrzucanych z dużą prędkością przez ciała świecące;
- fala, która twierdziła, że światło jest podłużnym ruchem wibracyjnym specjalnego ośrodka świetlnego - eteru - wzbudzanego drganiami cząstek ciała świecącego.
Cały dalszy rozwój teorii światła do dnia dzisiejszego jest historią rozwoju i walki tych hipotez, których autorami byli I. Newton i H. Huygens.
Główne postanowienia teorii korpuskularnej Newtona:
1) Światło składa się z małych cząstek materii, emitowanych we wszystkich kierunkach wzdłuż linii prostych lub promieni, świetlistego ciała, na przykład płonącej świecy. Jeśli te promienie, składające się z ciałek, wpadają do naszego oka, to widzimy ich źródło (ryc. 1).
2) Ciałka świetlne mają różne rozmiary. Największe drobinki wpadające do oka sprawiają wrażenie koloru czerwonego, najmniejsze – fioletu.
3) Biały to mieszanka wszystkich kolorów: czerwonego, pomarańczowego, żółtego, zielonego, jasnoniebieskiego, niebieskiego, fioletowego.
4) Odbicie światła od powierzchni następuje w wyniku odbicia ciałek od ściany zgodnie z prawem bezwzględnego uderzenia sprężystego (ryc. 2).
5) Zjawisko załamania światła tłumaczy się tym, że ciałka są przyciągane przez cząstki ośrodka. Im gęstsze medium, tym mniejszy kąt załamania jest kątem padania.
6) Zjawisko rozproszenia światła, odkryte przez Newtona w 1666 r., wyjaśnił następująco. Każdy kolor jest już obecny w białym świetle. Wszystkie kolory przechodzą razem przez przestrzeń międzyplanetarną i atmosferę, tworząc efekt białego światła. Światło białe - mieszanina różnych ciałek - ulega załamaniu po przejściu przez pryzmat. Z punktu widzenia teorii mechaniki załamanie spowodowane jest siłami od cząstek szkła działających na korpuskuły świetlne. Siły te są różne dla różnych ciałek. Są największe dla fioletu, a najmniejsze dla czerwieni. Droga ciałek w pryzmacie dla każdego koloru zostanie załamana na swój własny sposób, dlatego biały promień złożony rozszczepi się na kolorowe promienie składowe.
7) Newton nakreślił sposoby wyjaśniania dwójłomności, wystawiając hipotezę, że promienie światła mają „różne strony” - specjalną właściwość, która określa ich różne załamanie podczas przechodzenia przez ciało dwójłomne.
Teoria korpuskularna Newtona w zadowalający sposób wyjaśniła wiele znanych wówczas zjawisk optycznych. Jej autor cieszył się ogromnym autorytetem w świecie naukowym, a wkrótce teoria Newtona zyskała wielu zwolenników we wszystkich krajach.
Główne postanowienia falowej teorii światła Huygensa.
1) Światło to propagacja sprężystych impulsów okresowych w eterze. Impulsy te są podłużne i podobne do impulsów dźwięku w powietrzu.
2) Eter to hipotetyczne medium wypełniające przestrzeń niebiańską i przerwy między cząsteczkami ciał. Jest nieważki, nie podlega prawu powszechnego ciążenia i ma dużą elastyczność.
3) Zasada propagacji drgań eteru jest taka, że każdy punkt, do którego dochodzi wzbudzenie, jest środkiem fal wtórnych. Fale te są słabe, a efekt obserwuje się tylko tam, gdzie przechodzi ich otoczka.
powierzchnia - front fali (zasada Huygensa) (ryc. 3).
Fale świetlne pochodzące bezpośrednio ze źródła wywołują wrażenie widzenia.
Bardzo ważnym punktem teorii Huygensa było założenie, że prędkość propagacji światła jest skończona. Korzystając ze swojej zasady, naukowiec był w stanie wyjaśnić wiele zjawisk optyki geometrycznej:
- zjawisko odbicia światła i jego prawa;
- zjawisko załamania światła i jego prawa;
- zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia;
- zjawisko dwójłomności;
- zasada niezależności promieni świetlnych.
Teoria Huygensa dała następujące wyrażenie na współczynnik załamania ośrodka:
Z wzoru wynika, że prędkość światła powinna zależeć odwrotnie od bezwzględnego wskaźnika ośrodka. Ten wniosek był przeciwieństwem wniosku wynikającego z teorii Newtona. Niski poziom techniki eksperymentalnej w XVII wieku uniemożliwił ustalenie, która teoria była słuszna.
Wielu wątpiło w teorię fal Huygensa, ale wśród nielicznych zwolenników falowych poglądów na naturę światła byli M. Łomonosow i L. Euler. Dzięki badaniom tych naukowców teoria Huygensa zaczęła nabierać kształtu jako teoria fal, a nie tylko aperiodycznych oscylacji rozchodzących się w eterze.
Poglądy na naturę światła w XIX - XX wieki.
W 1801 r. T. Jung przeprowadził eksperyment, który zadziwił naukowców z całego świata (ryc. 4)
S - źródło światła;
E - ekran;
B i C to bardzo wąskie szczeliny oddalone od siebie o 1-2 mm.
Zgodnie z teorią Newtona na ekranie powinny pojawić się dwa jasne paski, w rzeczywistości pojawiło się kilka jasnych i ciemnych pasów, a linia światła P pojawiła się dokładnie naprzeciw szczeliny między szczelinami B i C. Doświadczenie pokazało, że światło jest zjawiskiem falowym. Jung rozwinął teorię Huygensa z pomysłami dotyczącymi wibracji cząstek, częstotliwości wibracji. Sformułował zasadę interferencji, na podstawie której wyjaśnił zjawisko dyfrakcji, interferencji i barwy cienkich płytek.
Francuski fizyk Fresnel połączył zasadę ruchu falowego Huygensa i zasadę interferencji Younga. Na tej podstawie opracował rygorystyczną matematyczną teorię dyfrakcji. Fresnel był w stanie wyjaśnić wszystkie znane wówczas zjawiska optyczne.
Główne postanowienia teorii fal Fresnela.
- światło - rozchodzenie się drgań w eterze z prędkością, przy której moduł sprężystości eteru, r- gęstość eteru;
- Fale świetlne są poprzeczne;
- Lekki eter ma właściwości ciała sprężysto-stałego, jest absolutnie nieściśliwy.
Podczas przechodzenia z jednego ośrodka do drugiego elastyczność eteru nie zmienia się, ale zmienia się jego gęstość. Względny współczynnik załamania substancji.
Drgania boczne mogą występować jednocześnie we wszystkich kierunkach prostopadłych do kierunku propagacji fali.
Praca Fresnela zdobyła uznanie naukowców. Wkrótce pojawiła się cała seria prac eksperymentalnych i teoretycznych, potwierdzających falowy charakter światła.
W połowie XIX wieku zaczęły pojawiać się fakty wskazujące na związek zjawisk optycznych i elektrycznych. W 1846 roku M. Faraday zaobserwował rotację płaszczyzn polaryzacji światła w ciałach umieszczonych w polu magnetycznym. Faraday wprowadził pojęcie pól elektrycznych i magnetycznych jako rodzaj superpozycji w eterze. Pojawił się nowy „eter elektromagnetyczny”. Jako pierwszy zwrócił uwagę na te poglądy angielski fizyk Maxwell. Rozwinął te idee i zbudował teorię pola elektromagnetycznego.
Elektromagnetyczna teoria światła nie wyeliminowała mechanicznej teorii Huygensa-Junga-Fresnela, ale podniosła ją na nowy poziom. W 1900 roku niemiecki fizyk Planck wysunął hipotezę o kwantowej naturze promieniowania. Jego istota była następująca:
- emisja światła jest dyskretna;
- absorpcja zachodzi również w dyskretnych porcjach, kwantach.
Energia każdego kwantu jest reprezentowana przez wzór mi = h n, gdzie h jest stałą Plancka i n Czy częstotliwość światła.
Pięć lat po Plancku ukazała się praca niemieckiego fizyka Einsteina nad efektem fotoelektrycznym. Einstein wierzył:
- światło, które nie weszło jeszcze w interakcję z materią, ma strukturę ziarnistą;
- elementem strukturalnym dyskretnego promieniowania świetlnego jest foton.
W ten sposób pojawiła się nowa kwantowa teoria światła, która zrodziła się na bazie teorii korpuskularnej Newtona. Kwant działa jak korpuskuła.
Postanowienia podstawowe.
- Światło jest emitowane, rozprowadzane i absorbowane w dyskretnych porcjach - kwantach.
- kwant światła - foton niesie energię proporcjonalną do częstotliwości fali, którą opisuje teoria elektromagnetyczna mi = h n .
- Photon, ma masę (), pęd i moment pędu ().
- Foton jako cząstka istnieje tylko w ruchu, którego prędkość jest prędkością propagacji światła w danym środowisku.
- Dla wszystkich oddziaływań, w których uczestniczy foton, obowiązują ogólne prawa zachowania energii i pędu.
- Elektron w atomie może znajdować się tylko w pewnych dyskretnych, stabilnych stanach stacjonarnych. W stanach stacjonarnych atom nie promieniuje energią.
- Przechodząc z jednego stanu stacjonarnego do drugiego, atom emituje (pochłania) foton o częstotliwości (gdzie E1 oraz E2- energie stanów początkowych i końcowych).
Wraz z pojawieniem się teorii kwantowej stało się jasne, że właściwości korpuskularne i falowe to tylko dwie strony, dwa powiązane ze sobą przejawy istoty światła. Nie odzwierciedlają one dialektycznej jedności dyskretności i ciągłości materii, wyrażającej się w jednoczesnym przejawieniu właściwości falowych i korpuskularnych. Jeden i ten sam proces promieniowania można opisać zarówno za pomocą aparatu matematycznego do rozchodzenia się fal w przestrzeni i czasie, jak i za pomocą metod statystycznych do przewidywania pojawienia się cząstek w danym miejscu i czasie. Oba te modele mogą być używane jednocześnie, a w zależności od warunków preferowany jest jeden z nich.
Osiągnięcia ostatnich lat w dziedzinie optyki stały się możliwe dzięki rozwojowi zarówno fizyki kwantowej, jak i optyki falowej. Teoria światła ewoluuje do dziś.
Optyka to dziedzina fizyki zajmująca się badaniem właściwości i fizycznej natury światła, a także jego interakcji z materią.
Najprostsze zjawiska optyczne, takie jak pojawianie się cieni i akwizycja obrazów w urządzeniach optycznych, można rozumieć w ramach optyki geometrycznej, która operuje pojęciem oddzielnych promieni świetlnych zgodnych ze znanymi prawami załamania i odbicia oraz niezależnych od wzajemnie. Aby zrozumieć bardziej złożone zjawiska, potrzebna jest optyka fizyczna, która rozpatruje te zjawiska w powiązaniu z fizyczną naturą światła. Optyka fizyczna umożliwia wyprowadzenie wszystkich praw optyki geometrycznej i ustalenie granic ich stosowalności. Bez znajomości tych granic formalne zastosowanie praw optyki geometrycznej może w określonych przypadkach prowadzić do wyników sprzecznych z obserwowanymi zjawiskami. Nie można więc poprzestać na formalnej konstrukcji optyki geometrycznej, ale trzeba na nią patrzeć jak na dział optyki fizycznej.
Koncepcję wiązki światła można uzyskać, biorąc pod uwagę rzeczywistą wiązkę światła w jednorodnym ośrodku, z którego za pomocą przesłony wyodrębnia się wąską równoległą wiązkę. Im mniejsza średnica tych otworów, tym węższa wiązka emitowana, aw granicy, przechodząc do otworów tak małych, jak chcesz, wiązka światła będzie postrzegana jako linia prosta. Ale taki proces ekstrakcji dowolnie wąskiej wiązki (promienia) jest niemożliwy ze względu na zjawisko dyfrakcji. Nieuniknione rozszerzenie kątowe rzeczywistej wiązki światła przechodzącej przez przesłonę o średnicy D jest określone przez kąt dyfrakcji J ~ ja / D... Tylko w granicznym przypadku, gdy ja= 0, taka ekspansja nie miałaby miejsca, a o promieniu można by mówić jako o linii geometrycznej, której kierunek wyznacza kierunek rozchodzenia się energii świetlnej.
Tak więc promień świetlny jest abstrakcyjną koncepcją matematyczną, a optyka geometryczna jest przybliżonym przypadkiem granicznym, do którego wchodzi optyka falowa, gdy długość fali świetlnej zbliża się do zera.
Oko jako układ optyczny.
Ludzki narząd wzroku to oczy, które pod wieloma względami reprezentują bardzo doskonały układ optyczny.
Ogólnie rzecz biorąc, ludzkie oko jest kulistym ciałem o średnicy około 2,5 cm, które nazywa się gałką oczną (ryc. 5). Nieprzezroczysta i trwała zewnętrzna powłoka oka nazywana jest twardówką, a jej przezroczysta i bardziej wypukła przednia część nazywana jest rogówką. Od wewnątrz twardówka pokryta jest naczyniówką, która składa się z naczyń krwionośnych, które odżywiają oko. Naprzeciw rogówki naczyniówka przechodzi w tęczówkę, która u różnych osób jest nierównomiernie zabarwiona, oddzieloną od rogówki komorą z przezroczystą wodnistą masą.
Tęczówka ma okrągły otwór zwany źrenicą, który może mieć różną średnicę. W ten sposób tęczówka działa jak przesłona, która reguluje dostęp światła do oka. W jasnym świetle źrenica zmniejsza się, a przy słabym świetle wzrasta. Wewnątrz gałki ocznej, za tęczówką, znajduje się soczewka, która jest dwuwypukłą soczewką wykonaną z przezroczystego materiału o współczynniku załamania około 1,4. Soczewka jest otoczona pierścieniowym mięsieńem, który może zmieniać krzywiznę jej powierzchni, a tym samym jej moc optyczną.
Naczyniówka po wewnętrznej stronie oka pokryta jest gałęziami nerwu światłoczułego, szczególnie gęstymi naprzeciw źrenicy. Rozgałęzienia te tworzą siateczkową błonę, na której uzyskiwany jest rzeczywisty obraz obiektów, tworzony przez układ optyczny oka. Przestrzeń między siatkówką a soczewką wypełniona jest przezroczystym ciałem szklistym o galaretowatej strukturze. Obraz obiektów na siatkówce jest odwrócony. Jednak aktywność mózgu, który odbiera sygnały z nerwu światłoczułego, pozwala nam widzieć wszystkie przedmioty w naturalnych pozycjach.
Kiedy mięsień pierścieniowy oka jest rozluźniony, na siatkówce uzyskuje się obraz odległych obiektów. Ogólnie rzecz biorąc, struktura oka jest taka, że osoba może widzieć bez napięcia przedmioty znajdujące się w odległości co najmniej 6 metrów od oka. W tym przypadku obraz bliższych obiektów uzyskuje się za siatkówką oka. Aby uzyskać wyraźny obraz takiego obiektu, mięsień pierścieniowy coraz mocniej ściska soczewkę, aż obraz przedmiotu znajdzie się na siatkówce, a następnie utrzymuje soczewkę w stanie ściśniętym.
W ten sposób „ogniskowanie” ludzkiego oka odbywa się poprzez zmianę mocy optycznej soczewki za pomocą mięśnia pierścieniowego. Zdolność układu optycznego oka do tworzenia wyraźnych obrazów obiektów znajdujących się w różnych odległościach od niego nazywana jest akomodacją (od łacińskiego „zakwaterowanie” - adaptacja). Patrząc na bardzo odległe obiekty, do oka wpadają równoległe promienie. W tym przypadku mówi się, że oko jest przystosowane do nieskończoności.
Akomodacja oka nie jest nieskończona. Za pomocą mięśnia pierścieniowego moc optyczną oka można zwiększyć o nie więcej niż 12 dioptrii. Przy długim badaniu bliskich obiektów oczy męczą się, a mięsień pierścieniowy zaczyna się rozluźniać, a obraz obiektu staje się zamazany.
Ludzkie oczy pozwalają dobrze widzieć przedmioty nie tylko w świetle dziennym. Zdolność oka do przystosowania się do różnego stopnia podrażnienia zakończeń nerwu światłoczułego na siatkówce, tj. do różnych stopni jasności obserwowanych obiektów nazywamy adaptacją.
Zbieżność osi wzrokowych oczu w pewnym momencie nazywana jest zbieżnością. Gdy obiekty znajdują się w znacznej odległości od osoby, to podczas przenoszenia oczu z jednego obiektu na drugi między osiami oczu praktycznie się nie zmienia, a osoba traci zdolność prawidłowego określenia położenia obiektu. Kiedy obiekty są bardzo daleko, osie oczu są równoległe, a osoba nie może nawet określić, czy obiekt się porusza, czy nie, na który patrzy. Siła mięśnia pierścieniowego, który ściska soczewkę podczas badania obiektów znajdujących się w pobliżu osoby, również odgrywa rolę w określaniu pozycji ciał. owce.
Zakres oskop.
Do obserwacji widm używa się spektroskopu.
Najpopularniejszy spektroskop pryzmatyczny składa się z dwóch rurek, pomiędzy którymi umieszczony jest pryzmat trójkątny (rys. 7).
W tubie A, zwanej kolimatorem, znajduje się wąska szczelina, której szerokość można regulować kręcąc śrubą. Przed szczeliną umieszcza się źródło światła, którego widmo należy zbadać. Szczelina znajduje się w płaszczyźnie kolimatora, dzięki czemu promienie świetlne z kolimatora wychodzą w postaci wiązki równoległej. Po przejściu przez pryzmat promienie świetlne kierowane są do tuby B, przez którą obserwuje się widmo. Jeśli spektroskop jest przeznaczony do pomiarów, obraz skali z podziałami nakłada się na obraz widma za pomocą specjalnego urządzenia, które pozwala dokładnie określić położenie linii kolorów w widmie.
Optyczne urządzenie pomiarowe - przyrząd pomiarowy, w którym celowanie (wyrównanie granic kontrolowanego obiektu z linią celu, celownikiem itp.) lub określenie rozmiaru odbywa się za pomocą urządzenia z optyczną zasadą działania. Istnieją trzy grupy optycznych przyrządów pomiarowych: przyrządy z optyczną zasadą widzenia i mechanicznym sposobem raportowania ruchu; przyrządy z celownikiem optycznym i raportowaniem ruchu; urządzenia mające kontakt mechaniczny z urządzeniem pomiarowym, z optyczną metodą określania ruchu punktów styku.
Spośród urządzeń jako pierwsze rozpowszechniły się projektory do pomiaru i kontroli części o złożonym konturze i małych wymiarach.
Drugim najpopularniejszym instrumentem jest uniwersalny mikroskop pomiarowy, w którym mierzona część porusza się na wózku wzdłużnym, a mikroskop czołowy - na poprzecznym.
Urządzenia trzeciej grupy służą do porównywania zmierzonych wielkości liniowych z miarami lub skalami. Zazwyczaj są one zgrupowane pod ogólnymi komparatorami nazw. Ta grupa urządzeń obejmuje optymetr (optykator, maszynę pomiarową, interferometr stykowy, dalmierz optyczny itp.).
Optyczne przyrządy pomiarowe są również szeroko stosowane w geodezji (poziom, teodolit itp.).
Teodolit to przyrząd geodezyjny do wyznaczania kierunków i pomiaru kątów poziomych i pionowych w pracach geodezyjnych, geodezji topograficznej i górniczej, w budownictwie itp.
Level - narzędzie geodezyjne do pomiaru rzędnych punktów na powierzchni ziemi - niwelacji, a także do wyznaczania kierunków poziomych podczas montażu itp. Pracuje.
W nawigacji szeroko rozpowszechniony jest sekstant - goniometryczny lustrzano-odblaskowy przyrząd do pomiaru wysokości ciał niebieskich nad horyzontem lub kątów między widzialnymi obiektami w celu określenia współrzędnych miejsca obserwatora. Najważniejszą cechą sekstantu jest możliwość łączenia dwóch obiektów w polu widzenia obserwatora jednocześnie, pomiędzy którymi mierzony jest kąt, co pozwala na użycie sekstantu na samolocie i na statku bez zauważalnego zmniejszenie dokładności nawet podczas rzucania.
Obiecującym kierunkiem w rozwoju nowych typów optycznych urządzeń pomiarowych jest wyposażanie ich w elektroniczne urządzenia odczytujące, które umożliwiają uproszczenie odczytu i obserwacji itp.
Wniosek.
Praktyczne znaczenie optyki i jej wpływ na inne dziedziny wiedzy są wyjątkowo duże. Wynalezienie teleskopu i spektroskopu otworzyło przed człowiekiem najbardziej niesamowity i najbogatszy świat zjawisk zachodzących w rozległym wszechświecie. Wynalezienie mikroskopu zrewolucjonizowało biologię. Fotografia pomogła i nadal pomaga niemal wszystkim dziedzinom nauki. Jednym z najważniejszych elementów aparatury naukowej jest obiektyw. Bez niej nie byłoby mikroskopu, teleskopu, spektroskopu, kamery, kina, telewizji itp. nie byłoby okularów, a wiele osób powyżej 50 roku życia byłoby pozbawionych możliwości czytania i wykonywania wielu prac związanych z widzeniem.
Pole zjawisk badanych przez optykę fizyczną jest bardzo rozległe. Zjawiska optyczne są ściśle powiązane ze zjawiskami badanymi w innych dziedzinach fizyki, a optyczne metody badawcze należą do najbardziej subtelnych i dokładnych. Nic więc dziwnego, że optyka przez długi czas odgrywała wiodącą rolę w bardzo wielu badaniach podstawowych i opracowywaniu podstawowych poglądów fizycznych. Dość powiedzieć, że obie główne teorie fizyczne ostatniego stulecia – teoria względności i teoria kwantów – powstały i w dużej mierze rozwinęły się na podstawie badań optycznych. Wynalezienie laserów otworzyło nowe ogromne możliwości nie tylko w optyce, ale także w jej zastosowaniach w różnych dziedzinach nauki i techniki.
Moskiewski Komitet Edukacji
O świecie r T
Moskiewska uczelnia technologiczna
Wydział Nauk Przyrodniczych
Praca końcowa z fizyki
Na temat :
W wykonaniu uczennicy grupy 14: Ryazantseva Oksana
Nauczyciel: Gruzdeva L.N.
- Artsybyshev S.A. Fizyka - M .: Medgiz, 1950.
- Żdanow L.S. Żdanow G.L. Fizyka dla szkół średnich - Moskwa: Nauka, 1981.
- Landsberg G.S. Optyka - Moskwa: Nauka, 1976.
- Landsberg G.S. Podręcznik elementarnej fizyki. - M.: Nauka, 1986.
- AM Prochorow Wielka radziecka encyklopedia. - M .: Encyklopedia radziecka, 1974.
- Sivukhin D.V. Ogólny kurs fizyki: Optyka - Moskwa: Nauka, 1980.
Optyka geometryczna to niezwykle prosty przypadek optyki. Zasadniczo jest to uproszczona wersja optyki falowej, która nie uwzględnia i po prostu nie zakłada takich zjawisk jak interferencja i dyfrakcja. Wszystko tutaj jest uproszczone do granic możliwości. I to jest dobre.
Podstawowe koncepcje
Optyka geometryczna- dział optyki, który zajmuje się prawami propagacji światła w ośrodkach przezroczystych, prawami odbicia światła od powierzchni zwierciadeł, zasadami konstruowania obrazów przy przechodzeniu światła przez układy optyczne.
Ważny! Wszystkie te procesy są brane pod uwagę bez uwzględnienia falowych właściwości światła!
W życiu optyka geometryczna, będąc modelem niezwykle uproszczonym, znajduje jednak szerokie zastosowanie. To jak mechanika klasyczna i teoria względności. Często o wiele łatwiej jest dokonać wymaganych obliczeń w ramach mechaniki klasycznej.
Podstawowa koncepcja optyki geometrycznej to promień światła.
Zauważ, że rzeczywista wiązka światła nie rozchodzi się wzdłuż linii, ale ma skończony rozkład kątowy, który zależy od poprzecznego rozmiaru wiązki. Optyka geometryczna zaniedbuje wymiary poprzeczne wiązki.
Prawo prostoliniowej propagacji światła
To prawo mówi nam, że w jednorodnym ośrodku światło rozchodzi się w linii prostej. Innymi słowy, od punktu A do punktu B światło porusza się po ścieżce, której pokonanie wymaga minimalnego czasu.
Prawo niezależności promieni świetlnych
Promienie świetlne rozchodzą się niezależnie od siebie. Co to znaczy? Oznacza to, że optyka geometryczna zakłada, że promienie nie wpływają na siebie nawzajem. I rozprzestrzeniają się, jakby w ogóle nie było innych promieni.
Prawo odbicia światła
Kiedy światło spotyka się z powierzchnią zwierciadlaną (odbijającą), następuje odbicie, czyli zmiana kierunku propagacji wiązki światła. Tak więc prawo odbicia mówi, że padające i odbite promienie leżą w tej samej płaszczyźnie, co normalna przyciągana do punktu padania. Ponadto kąt padania jest równy kątowi odbicia, tj. normalna dzieli kąt między promieniami na dwie równe części.
Prawo załamania (Snella)
Na styku mediów wraz z odbiciem dochodzi również do załamania, tj. wiązka dzieli się na odbitą i załamaną.
Przy okazji! Dla wszystkich naszych czytelników jest teraz zniżka. 10% na każdy rodzaj pracy.
Stosunek sinusów kątów padania i załamania jest wartością stałą i jest równy stosunkowi współczynników załamania tych ośrodków. Ta wartość jest również nazywana współczynnikiem załamania drugiego ośrodka w stosunku do pierwszego.
Tutaj warto osobno rozpatrzyć przypadek całkowitego wewnętrznego odbicia. Gdy światło rozchodzi się z ośrodka gęstszego optycznie do ośrodka o mniejszej gęstości, kąt załamania jest większy niż kąt padania. Odpowiednio, wraz ze wzrostem kąta padania, kąt załamania również wzrośnie. Przy pewnym granicznym kącie padania kąt załamania będzie równy 90 stopni. Przy dalszym wzroście kąta padania światło nie będzie załamywane do drugiego ośrodka, a natężenie padającego i odbitego promienia będzie równe. Nazywa się to całkowitym odbiciem wewnętrznym.
Prawo odwracalności promieni świetlnych
Wyobraźmy sobie, że promień rozchodzący się w jakimś kierunku przeszedł szereg zmian i załamań. Prawo odwracalności promieni świetlnych mówi, że jeśli w kierunku tego promienia wyślesz inny promień, to podąży on tą samą ścieżką co pierwszy, ale w przeciwnym kierunku.
Będziemy kontynuować naukę podstaw optyki geometrycznej, a w przyszłości na pewno przyjrzymy się przykładom rozwiązywania problemów za pomocą różnych praw. Cóż, jeśli teraz masz jakieś pytania, zapraszamy do ekspertów, aby uzyskać prawidłowe odpowiedzi. obsługa studencka... Pomożemy Ci rozwiązać każdy problem!
CAŁKOWICIE CZARNE CIAŁO- mentalny model ciała, które w dowolnej temperaturze całkowicie pochłania wszelkie padające na nie promieniowanie elektromagnetyczne, niezależnie od składu widmowego. Promieniowanie A.ch.t. zależy tylko od jego temperatury bezwzględnej i nie zależy od charakteru substancji.
BIAŁE ŚWIATŁO- kompleks elektromagnetyczny promieniowanie , neutralne kolorystycznie wrażenie w oczach osoby.
PROMIENIOWANIE WIDOCZNE- promieniowanie optyczne o długości fali 380 - 770 nm, zdolne wywoływać wrażenia wzrokowe w ludzkich oczach.
PROMIENIOWANIE WYMUSZONE, promieniowanie indukowane - emisja fal elektromagnetycznych przez cząstki materii (atomy, cząsteczki itp.), które są w stanie wzbudzonym, tj. stan nierównowagi pod wpływem zewnętrznego promieniowania stymulującego. W I. spójnie (por. konsekwencja) z promieniowaniem wymuszającym i pod pewnymi warunkami może prowadzić do wzmocnienia i wygenerowania fal elektromagnetycznych. Zobacz też generator kwantowy.
HOLOGRAM- wzór interferencyjny zarejestrowany na płycie fotograficznej, utworzony przez dwie spójne fale (zob. konsekwencja): fala odniesienia i fala odbita od obiektu oświetlonego tym samym źródłem światła. Rekonstruując G., odbieramy trójwymiarowy obraz przedmiotu.
HOLOGRAFIA- metoda uzyskiwania obrazów wolumetrycznych obiektów, polegająca na rejestracji i późniejszej rekonstrukcji czoła fali odbitej przez te obiekty. Na tej podstawie opiera się akwizycja hologramu.
ZASADA HUYGENS- metoda pozwalająca w dowolnym momencie określić położenie czoła fali. Według G. p. wszystkie punkty, przez które przechodzi czoło fali w czasie t są źródłami wtórnych fal sferycznych, a pożądane położenie czoła fali w czasie t + Dt pokrywa się z powierzchnią otaczającą wszystkie fale wtórne. Pozwala wyjaśnić prawa odbicia i załamania światła.
HUYGENS - FRENEL - ZASADA- przybliżona metoda rozwiązywania problemów propagacji fal. G.-F. W punkcie czytamy: w dowolnym punkcie poza dowolnie zamkniętą powierzchnią zakrywającą punktowe źródło światła fala świetlna wzbudzana przez to źródło może być odwzorowywana w wyniku interferencji fal wtórnych emitowanych przez wszystkie punkty określonej powierzchni zamkniętej. Pozwala rozwiązywać najprostsze zadania.
LEKKIE CIŚNIENIE - ciśnienie, wytwarzane przez światło na oświetlanej powierzchni. Odgrywa dużą rolę w procesach kosmicznych (tworzenie warkoczy komet, równowaga dużych gwiazd itp.).
PRAWDZIWY OBRAZ- cm. .
MEMBRANA- urządzenie do ograniczania lub zmiany wiązki światła w układzie optycznym (np. źrenica oka, oprawka obiektywu, obiektyw aparatu).
ROZPROSZENIE ŚWIATŁA- zależność absolutu współczynnik załamania światła substancje na częstotliwość światła. Rozróżnij normalne D., w którym prędkość fali świetlnej maleje wraz ze wzrostem częstotliwości, oraz anomalne D., w którym prędkość fali wzrasta. Dzięki D.S. wąska wiązka światła białego przechodząca przez pryzmat ze szkła lub innej przezroczystej substancji rozkłada się na widmo dyspersyjne, tworząc na ekranie tęczowy pasek.
KRATKA DYFRAKCYJNA- urządzenie fizyczne, które jest zbiorem dużej liczby równoległych kresek o tej samej szerokości, nałożonych na przezroczystą lub odbijającą powierzchnię w tej samej odległości od siebie. W rezultacie D. powstaje widmo dyfrakcyjne - naprzemienność maksimów i minimów natężenia światła.
DYFRAKCJA ŚWIATŁA- zestaw zjawisk spowodowanych falową naturą światła i obserwowanych, gdy rozchodzi się ono w ośrodku o wyraźnych niejednorodnościach (na przykład podczas przechodzenia przez otwory, w pobliżu granic nieprzezroczystych ciał itp.). W wąskim znaczeniu, zgodnie z D.s. rozumieć pochylanie się światła wokół małych przeszkód, tj. odchylenie od praw optyki geometrycznej. Odgrywa ważną rolę w działaniu urządzeń optycznych, ograniczając je Rezolucja.
EFEKT DOPLERA- zmiana zjawiska częstotliwość wibracji fale dźwiękowe lub elektromagnetyczne odbierane przez obserwatora w wyniku wzajemnego ruchu obserwatora i źródła fal. Podczas zbliżania wykrywany jest wzrost częstotliwości, podczas oddalania się spadek.
NATURALNE ŚWIATŁO- zestaw niespójnych fal świetlnych ze wszystkimi możliwymi płaszczyznami drgań io tej samej intensywności drgań w każdej z tych płaszczyzn. E.S. emitują prawie wszystkie naturalne źródła światła, ponieważ składają się z dużej liczby różnie zorientowanych centrów promieniowania (atomów, molekuł) emitujących fale świetlne, których faza i płaszczyzna wibracji mogą przyjmować wszystkie możliwe wartości. Zobacz też polaryzacja światła, koherencja.
LUSTRZANE OPTYCZNE- korpus o powierzchni wypolerowanej lub pokrytej warstwą odblaskową (srebrną, złotą, aluminiową itp.), na której odbicie jest zbliżone do lustrzanego (zob. odbicie).
OBRAZ OPTYCZNY- obraz przedmiotu uzyskany w wyniku działania układu optycznego (soczewek, luster) na promienie świetlne emitowane lub odbijane przez przedmiot. Rozróżnij rzeczywiste (uzyskane na ekranie lub siatkówce oka, gdy promienie przechodzące przez układ optyczny przecinają się) i urojone. . (uzyskiwany na przecięciu przedłużeń promieni).
INTERFERENCJA ŚWIATŁA- zjawisko nakładania się dwóch lub więcej zgodny fale świetlne, spolaryzowane liniowo w jednej płaszczyźnie, w których energia powstałej fali świetlnej jest redystrybuowana w przestrzeni, w zależności od relacji między fazami tych fal. Wynik IS obserwowany na ekranie lub płycie fotograficznej nazywany jest wzorem interferencyjnym. I. białe światło prowadzi do powstania opalizującego wzoru (kolor cienkich warstw itp.). Znajduje zastosowanie w holografii, w optyce antyrefleksyjnej itp.
PROMIENIOWANIE PODCZERWONE - promieniowanie elektromagnetyczne o długościach fal od 0,74 mikrona do 1-2 mm. Emitowane przez wszystkie ciała powyżej zera absolutnego (promieniowanie cieplne).
KWANT ŚWIATŁA- taki sam jak foton.
KOLIMATOR- układ optyczny przeznaczony do uzyskania wiązki wiązek równoległych.
EFEKT COMPTON- zjawisko rozpraszania promieniowania elektromagnetycznego o krótkich długościach fal (promieniowanie rentgenowskie i gamma) przez wolne elektrony, któremu towarzyszy wzrost długość fali.
LASER, optyczny generator kwantowy - generator kwantowy promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie optycznym. Generuje monochromatyczne spójne promieniowanie elektromagnetyczne, które ma wąską kierunkowość i znaczną gęstość mocy. Znajduje zastosowanie w lokalizacji optycznej, do obróbki materiałów stałych i ogniotrwałych, w chirurgii, spektroskopii i holografii, do nagrzewania plazmowego. Poślubić Masera.
WIDMA LINIOWE- widma składające się z pojedynczych wąskich linii widmowych. Emitowane przez substancje w stanie atomowym.
OBIEKTYW optyczny - przezroczysty korpus, ograniczony dwiema zakrzywionymi (zwykle kulistymi) lub zakrzywionymi i płaskimi powierzchniami. Soczewkę nazywamy cienką, jeśli jej grubość jest mała w porównaniu do promieni krzywizny jej powierzchni. Rozróżnij soczewki zbierające (przekształcające równoległą wiązkę promieni w zbieżne) i rozpraszające (przekształcające równoległą wiązkę promieni w rozbieżne). Stosowane są w urządzeniach optycznych, optyczno-mechanicznych, fotograficznych.
Lupa- zbieranie obiektyw lub układ soczewkowy o krótkiej ogniskowej (10 - 100 mm), daje powiększenie 2 - 50x.
PROMIEŃ- wyimaginowana linia, wzdłuż której w przybliżeniu rozchodzi się energia promieniowania optyka geometryczna, tj. jeśli nie obserwuje się zjawisk dyfrakcyjnych.
MASER - generator kwantowy promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie centymetrów. Charakteryzuje się dużą monochromatycznością, spójnością i wąską kierunkowością promieniowania. Znajduje zastosowanie w radiokomunikacji, radioastronomii, radarze, a także jako generator stabilnych oscylacji częstotliwości. Poślubić .
DOŚWIADCZENIE MICHAELSONA- eksperyment mający na celu pomiar wpływu ruchu Ziemi na wartość prędkość światła... Ujemny wynik M.o. stał się jedną z fundacji eksperymentalnych teoria względności.
MIKROSKOP- urządzenie optyczne do obserwacji małych obiektów niewidocznych gołym okiem. Powiększenie mikroskopu jest ograniczone i nie przekracza 1500. Por. mikroskop elektronowy.
OBRAZ OBRAZ- cm. .
PROMIENIOWANIE MONOCHROMATYCZNE- model mentalny promieniowanie elektromagnetyczne jedną określoną częstotliwość. Ścisłe MI nie istnieje, ponieważ każde rzeczywiste promieniowanie jest ograniczone w czasie i obejmuje pewien przedział częstotliwości. Źródła promieniowania zbliżone do m. - generatory kwantowe.
OPTYKA- dział fizyki zajmujący się badaniem praw zjawisk świetlnych (optycznych), natury światła i jego interakcji z materią.
OŚ OPTYCZNA- 1) GŁÓWNA - linia prosta, na której znajdują się środki załamujących lub odbijających powierzchni tworzących układ optyczny; 2) STRONA - dowolna linia prosta przechodząca przez środek optyczny cienkiej soczewki.
MOC OPTYCZNA soczewki - wielkość używana do opisania efektu refrakcyjnego soczewki i odwrotności długość ogniskowa. D = 1 / F... Mierzone w dioptriach (dioptriach).
PROMIENIOWANIE OPTYCZNE- promieniowanie elektromagnetyczne, którego długości fal mieszczą się w zakresie od 10 nm do 1 mm. Do innych odnieść się promieniowanie podczerwone, , .
ODBICIE ŚWIATŁA- proces powrotu fali świetlnej, gdy pada ona na interfejs dwóch mediów posiadających różne współczynniki załamania. z powrotem do oryginalnego środowiska. Dzięki o.s. widzimy ciała, które nie emitują światła. Rozróżnia się odbicie lustrzane (równoległa wiązka promieni pozostaje równoległa po odbiciu) i odbicie rozproszone (wiązka równoległa jest zamieniana na rozbieżną).
- zjawisko obserwowane przy przechodzeniu światła od ośrodka gęstszego optycznie do ośrodka mniej gęstego optycznie, jeśli kąt padania jest większy od granicznego kąta padania, gdzie n Jest współczynnikiem załamania drugiego ośrodka w stosunku do pierwszego. W takim przypadku światło jest całkowicie odbijane od interfejsu między mediami.
PRAWO ODBICIA FAL- promień padający, promień odbity i prostopadły do punktu padania promienia leżą w tej samej płaszczyźnie, a kąt padania jest równy kątowi załamania. Prawo dotyczy dublowania.
POCHŁANIANIE ŚWIATŁA- spadek energii fali świetlnej podczas jej propagacji w substancji, który następuje w wyniku zamiany energii fali na energia wewnętrzna substancje lub energię promieniowania wtórnego o różnym składzie spektralnym i innym kierunku propagacji.
1) ABSOLUTNA - wartość równa stosunkowi prędkości światła w próżni do prędkości fazowej światła w danym środowisku:. Zależy od składu chemicznego medium, jego stanu (temperatura, ciśnienie itp.) oraz częstotliwości światła (patrz. rozproszenie światła).2) WZGLĘDNE - (pp drugiego medium względem pierwszego) wartość równa stosunkowi prędkości fazy w pierwszym medium do prędkości fazy w drugim:. Op. jest równy stosunkowi bezwzględnego współczynnika załamania światła drugiego ośrodka do bezwzględnego p.p. pierwsze środowisko.
POLARYZACJA ŚWIATŁA- zjawisko prowadzące do uporządkowania wektorów natężenia pola elektrycznego i indukcji magnetycznej fali świetlnej w płaszczyźnie prostopadłej do wiązki światła. Najczęściej występuje, gdy światło jest odbijane i załamywane, a także gdy światło rozchodzi się w ośrodku anizotropowym.
REFRAKCJA ŚWIATŁA- zjawisko polegające na zmianie kierunku rozchodzenia się światła (fali elektromagnetycznej) podczas przejścia z jednego ośrodka do drugiego, różniącego się od pierwszego współczynnik załamania światła... Dla załamania jest spełnione prawo: promień padający, promień załamany i prostopadły do punktu padania promienia leżą w tej samej płaszczyźnie, a dla tych dwóch mediów stosunek sinusa kąta padania do sinus kąta załamania światła to stała wartość zwana względny współczynnik załamania światła drugie środowisko w stosunku do pierwszego. Załamanie jest spowodowane różnicą prędkości fazowych w różnych ośrodkach.
PRYZMAT OPTYCZNY- korpus wykonany z przezroczystego materiału, ograniczony dwiema nierównoległymi płaszczyznami, na których następuje załamanie światła. Znajduje zastosowanie w urządzeniach optycznych i spektralnych.
RÓŻNICA SKOKU- wielkość fizyczna równa różnicy długości drogi optycznej dwóch wiązek światła.
ROZPRASZANIE ŚWIATŁA- zjawisko polegające na odchylaniu się wiązki światła rozchodzącej się w ośrodku we wszystkich możliwych kierunkach. Jest to spowodowane niejednorodnością ośrodka i oddziaływaniem światła z cząsteczkami materii, w których zmienia się kierunek propagacji, częstotliwość i płaszczyzna drgań fali świetlnej.
ŚWIATŁO, promieniowanie świetlne - które może powodować wrażenia wzrokowe.
FALA ŚWIATŁA - fala elektromagnetyczna w zakresie długości fal promieniowania widzialnego. Częstotliwość (zestaw częstotliwości) s.v. określa kolor, energię r.v. proporcjonalna do kwadratu jego amplitudy.
PRZEWODNIK ŚWIATŁA- kanał do transmisji światła o wymiarach wielokrotnie przewyższających długość fali światła. Światło we wsi. rozprzestrzenia się z powodu całkowitego wewnętrznego odbicia.
PRĘDKOŚĆ ŚWIATŁA w próżni (c) - jedna z głównych stałych fizycznych, równa prędkości propagacji fal elektromagnetycznych w próżni. s = (299 792 458 ± 1,2) m / s... SS. - ograniczenie prędkości propagacji wszelkich oddziaływań fizycznych.
SPEKTRUM OPTYCZNY- rozkład częstotliwości (lub długości fali) natężenia promieniowania optycznego określonego ciała (widmo emisji) lub natężenia absorpcji światła przechodzącego przez substancję (widmo absorpcji). Distinguish S.O.: rządzony, składający się z oddzielnych linii widmowych; pasiasty, składający się z grup (pasków) zamknij linie widmowe; stałe, odpowiadające promieniowaniu (emisji) lub pochłanianiu światła w szerokim zakresie częstotliwości.
LINIE spektralne- wąskie obszary w widmach optycznych, odpowiadające praktycznie tej samej częstotliwości (długości fali). Każdy S. l. odpowiada na pewne przejście kwantowe.
ANALIZA SPEKTRALNA- fizyczna metoda jakościowej i ilościowej analizy składu chemicznego substancji, oparta na badaniu ich widma optyczne. Różni się wysoką czułością i jest stosowany w chemii, astrofizyce, metalurgii, eksploracji geologicznej itp. Podstawy teoretyczne S. i. jest .
SPEKTROGRAF- urządzenie optyczne do uzyskiwania i jednoczesnej rejestracji widma promieniowania. Główna część C. - pryzmat optyczny lub .
SPEKTROSKOP- urządzenie optyczne do wizualnej obserwacji widma promieniowania. Główną częścią S. jest pryzmat optyczny.
SPEKTROSKOPIA- sekcja studiowania fizyki widma optyczne w celu wyjaśnienia struktury atomów, cząsteczek, a także substancji w różnych stanach skupienia.
ZWIĘKSZYĆ układ optyczny - stosunek wielkości obrazu nadawany przez układ optyczny do rzeczywistego rozmiaru obiektu.
PROMIENIOWANIE ULTRAFIOLETOWE- promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali w próżni od 10 nm do 400 nm. Powodują również luminescencję w wielu substancjach. Aktywny biologicznie.
PŁASZCZYZNA Ogniskowa- płaszczyzna prostopadła do osi optycznej układu i przechodząca przez jego główne ognisko.
CENTRUM- punkt, w którym zbierana jest równoległa wiązka promieni świetlnych przechodzących przez układ optyczny. Jeżeli wiązka jest równoległa do głównej osi optycznej układu, to kąt fazowy leży na tej osi i nazywany jest głównym.
DŁUGOŚĆ OGNISKOWA- odległość między środkiem optycznym cienkiej soczewki a ogniskiem FOTOEFEKT, efekt fotoelektryczny - zjawisko emisji elektronów przez substancję pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego (f. zewnętrzne). Obserwowane w gazach, cieczach i ciałach stałych. Odkryta przez G. Hertza i zbadana przez A. G. Stoletova. Podstawowe prawa f. wyjaśnione na podstawie koncepcji kwantowych przez A. Einsteina.
KOLOR- wrażenia wizualne wywołane przez światło zgodnie z jego składem spektralnym i intensywnością odbitego lub emitowanego promieniowania.
Dziecko
