|
к. оно
по своим физическим свойствам близко к видимому. С
другой стороны свет — это поток частиц — фотонов, имеющих
импульс и несущих энергию. Т.е. можно говорить, что
природа света двойственна. 
е.
l = 3 · 10 8 м/с ·
10 -8 = 3 м и называется волновым цугом. Излучение цугов происходит
сразу большим количеством атомов вещества независимо друг от
друга. Такой поток цугов мы воспринимаем как свет. 
Если среда однородна, то
вторичные волны распространяются в ней с одинаковой скоростью.
Следовательно, за одно и тоже время τ все вторичные волны
дойдут до точек среды, удаленных от данных на расстояние
l = τυ, где υ — скорость волны.
Поверхность, огибающая в некоторый момент времени вторичные
волны, укажет положение фронта волны в данный момент времени.
под фронтом волны понимают геометрическое место точек, до
которых дошло возмущение к заданному момент времени. В
зависимости от вида фронта различают плоские и сферические
волны. Фронтом плоских волн является плоскость, сферических —
сфера.
Наибольшая частота и наибольший
показатель преломления у фиолетового цвета, следовательно,
фиолетовые лучи отклоняются на больший угол.
После прохождения различных путей эти волны
,имея некоторую разность хода, интерферируют. Рассмотрим наиболее часто
встречающиеся приемы разделения волны. 1.Схема получения интерференции с помощью бипризмы Френеля. Волна, идущая от источника
света раздваивается в следствие преломления света в двух
половинах бипризмы. 
Свет, проходящий через узкое
отверстие S,
падает на экран с двумя отверстиями
S1 и
S2 и делится на на две волны. Эти
волны когерентны и поэтому в заштрихованной области
наблюдается интерференция, а на экране, в области АВ,
наблюдается интерференционная картина. 
Опыт Ллойда. В данном опыте волна, исходящая
от источника
S
и волна, как бы исходящая от мнимого
источника S ‘ являются когерентными. Когерентные волны
интерферируют и дают на экране интерференционную картину.
Такими неоднородностями могут быть
отверстия в непрозрачном экране, границы непрозрачных тел. В
результате дифракции свет проникает в область геометрических теней.
Явление дифракции объясняет принцип Гюйгенса — Френеля, согласно
которому, каждая точка среды, до которой доходит световое
возбуждение, сама становится источником вторичной волны, а волновое
возмущение в любой точке пространства есть результат интерференции
вторичных волн от фиктивных когерентных источников. 
Тогда
направление распространения волны можно определить с помощью
лучей — линий, перпендикулярных волновым поверхностям. Раздел оптики, в котором
изучаются законы распространения света в прозрачных средах на
основе представления о световом луче, называется геометрической
(лучевой) оптикой. В основе геометрической оптики
лежат четыре закона : 1. закон
прямолинейного распространения света. В однородной среде свет распространяется прямолинейно.
( закон является приближенным, т.к при прохождении света через
отверстия, размеры которых соизмеримы с длиной световой волны,
наблюдается отклонение от прямолинейного распространения). 2.
закон отражения.
(На границе раздела двух сред свет отражается.
) Луч
падающий, луч отраженный и перпендикуляр восстановленный в точке
падения луча, лежат в одной плоскости; угол падения равен углу
отражения 3.
закон
преломления. (На границе раздела двух сред
свет преломляется.) Луч падающий, луч преломленный и
перпендикуляр восстановленный в точке падения луча, лежат в
одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла
преломления есть величина постоянная для данных двух
сред. sinα
/ sinβ = n = const 4.
закон независимости
световых пучков. Лучи при пересечении не возмущают друг друга
(закон справедлив при малой интенсивности световых пучков) История развития взглядов на природу света.
Исторически
сложилось так, что параллельно существовали два взгляда на
природу света, и поэтому параллельно развивались две теории. Корпускулярная
теория утверждает: свет представляет
собой поток частиц. С точки зрения
волновой теории: свет —
электромагнитная волна. Начало
корпускулярной теории света было положено Пифагором, который
предположил, что мы видим окружающие нас предметы потому, что
они испускают мельчайшие частицы. Развил данную теорию
И.Ньютон
в своих трудах «Лекции по оптике», «Оптика или трактат об
отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света». Например,
прямолинейное распространение света И.Ньютон объяснил законом
инерции. Если на частицу(корпускулу) во время движения не
действуют силы или действие сил, скомпенсировано, то она
сохраняет свою скорость.
Причина разнообразия цветов, с точки
зрения И.Ньютона, в неодинаковой величине световых корпускул, а
именно в том, что наиболее крупные корпускулы вызывают ощущение
красного света, а наименьшие — фиолетового. Отражение света
объясняется упругим ударом световых частиц об упругую
поверхность. Преломление света есть следствие того, что при
переходе из менее преломляющей среды в более преломляющую,
частицам света сообщается ускорение в результате притяжения их
второй средой. При этом скорость света в веществе должна быть
больше скорости света в вакууме. Сторонниками
волновой теории света были Х.Гюйгенс, Р.Декарт, Ф. Гримальди.
Развитие эта теория нашла в трудах Т.Юнга, О.Френеля и др.
Волновая теория света смогла строго доказать законы отражения и
преломления света, обосновала такие явления, как интерференцию,
дифракцию, поляризацию света. С точки зрения волновой теории
скорость света в веществе должна была быть меньше скорости
света в вакууме.
Именно этот факт вступал в противоречие с
корпускулярной теорией. Опыты Фуко
(1950г.)по определению скорости света в воде подтвердили
предположения сторонников волновой теории. Благодаря этому
волновая теория получила признание. Однако в начале
XX века
было доказано, что свет — поток частиц — фотонов. Но этот факт
уже не вступает в противоречие с волновой теорией света. Оба
взгляда на природу света дополняют друг друга. Дуализм света
подтверждается формулой Планка
ε
= hν.
Эта формула связывает энергию фотона, которая является квантовой
характеристикой, и частоту колебаний, являющуюся волновой
характеристикой. Оптика как раздел 📙 физики
1.
Классическая оптика
2. Природа света
3. Характеристики света
4. Квантовая и физиологическая оптика
Подвижники науки из далёкого прошлого, жившие в V веке до н.э., озвучивали гипотезу, что всё в естественной среде и в окружающем мире относительно, что лишь атомы и пустота соответствуют действительности. До нынешних времён к нам дошли исторически значимые документы, которые подтверждают понимание строения света как непрерывного потока частиц, имеющих конкретные физические качества.
Вместе с тем, как таковой термин «оптика» возникнет гораздо позже. Семена знаний таких древних мудрецов, как Демокрит и Эвклид, зародившиеся вследствие осмысления философами структур многих процессов случающихся на планете, пробудились к жизни и превратились в ростки.
И только в начале XIX века каноничной оптике удалось обрести свойственные ей особенности, легко узнаваемые учёными современности, и заявить о себе, как о полновесной науке.
Оптика – достаточно объёмный раздел физики, который исследует и познаёт эффекты, непосредственно связанные с передачей электромагнитных волн преимущественно видимого диапазона, обладающих огромной мощью, а также пограничных к спектру волн – инфракрасных и ультрафиолетовых.
Оптика – раздел физики, в котором подвергается изучению оптическое излучение (свет). Оптика в полном объёме даёт понимание о свойствах преломления света и описывает явления, непосредственно причастные этому феномену.
В соответствии с историческим процессом развития учения о специфичности строения света, оптику принято подразделять на:
- геометрическую – III век до н.э. (древнегреческий математик Эвклид).
- физическую – XVII век (голландский физик Христиан Гюйгенс).
- квантовую – XX век (физик-теоретик, немец Макс Планк).
Геометрическая – оптика луча – не подвергает обсуждению вопрос природы света и обыкновенных оптических явлений (например, возникновение теней), она расследует законы распространения света, отслеживая отражение и преломление. По большей части геометрическая оптика имеет значение при расчётах и конструировании оптических приборов – от линз для очков и объективов, до сложных астрономических приборов.
Физическая – оптика луча – исследует более сложные явления, которые связаны с процессами излучения света, происхождением света и световых эффектов.
Благодаря физической оптике можно установить границы приложения законов геометрической оптики.
Помимо физики принципы и методы оптических систем применяются в нескольких прикладных разделах науки, например, в электротехнике, в точной механике, особенно в медицине (офтальмология). Широкой популярностью обладают завоевания прикладной оптики, создающие надёжную базу оптико-механической промышленности. Знание оптики дало возможность человечеству создать множество макро- и микроприборов, фотографировать планету и далёкие звёзды, освещать Землю, отчётливо видеть окружающий мир.
Оптику принято относить к тому разделу физики, где высветилась узость и незначительность архаических знаний учёных о природе.
Постепенно одним среди них удалось обнаружить, а другим впоследствии убедиться в двойственности природы света:
- корпускулярная теория происхождения света, начало которой положил Ньютон, изучает его, как течение множества частиц — фотонов — а, согласно гипотезе Планка, все излучения протекают прерывисто и раздельно, дискретность же— всеобщее свойство материи.
Самая минимальная доля мощности энергии квантов света, содержит частоту и величину, которые соответствуют силе излучаемого света. Если принять принцип понимания света, как потока частиц, можно объяснить явление «фотоэффекта» и обосновать «теорию излучения»; - ещё одна из теорий, которые объясняют природу света — волновая. Впервые её озвучил Гюйгенс. Он считал свет объединением параллельных электромагнитных монохроматических волн. При этом прослеживаемые оптические явления объяснял результатом действий данных волн: при наложении друг на друга происходит взаимное увеличение или уменьшения их амплитуды. При наличии таких свойств света, как неимение перехода силы и энергии выделения в другие виды энергии, принято относить к процессам, совершенно соответствующим норме, потому как электромагнитные волны не контактируют друг с другом при интерференционных явлениях, ведь свет всё также передаётся, сохранив неповторимость. Гюйгенсу также принадлежит теория отражения света и преломления.
Самая минимальная доля мощности энергии квантов света, содержит частоту и величину, которые соответствуют силе излучаемого света. Если принять принцип понимания света, как потока частиц, можно объяснить явление «фотоэффекта» и обосновать «теорию излучения»;
И волновая, и корпускулярная гипотезы электрического и магнитного светоизлучения нашли своё выражение в научных трудах Максвелла в виде уравнений. И такое самое новое знание о свете, как о непрестанно движущейся волне, даёт способность пояснить те процессы, которые связаны с дифракцией (огибанием светом препятствий) и интерференцией (явление при сложении двух или нескольких световых волн), с учётом структуры света.
В физике свет оказался в действительности самым первым объектом, у которого была выявлена двойственная, корпускулярно-волновая природа.
Длина световой волны \(λ\) непосредственно находится в зависимости от скорости распределения этой волны в среде пространства \({ {v}}\) и с ней связана, а ещё связана с частотой вот такой пропорцией:
где — величина преломления среды.
Данный параметр представляет собой основную функцию длины волны:
Подчинённое положение параметра преломления от размера волновой становится заметным в виде феномена разложения света — дисперсии — открытого Ньютоном экспериментально в 1672 году.
Своеобразным и всеобъемлющим, но недостаточно изученным явлением в физике, принято считать скорость света — \(c\) . В абсолютном вакууме скорость света представляет из себя предельную скорость простирания электромагнитных пульсаций и колебаний волн.
Принято считать, что в сплошной пустоте со скоростью света распространяется и информация, и любое иное физическое воздействие на объекты материального мира. Если свет проистекает в разного рода средах, то скорость распространения светового сигнала расчётной величины \(v\), как правило, уменьшается: .
Свет имеет особенности. Главные из них:
- спектральный и комплексный состав – определяется масштабом длины волны света;
- поляризация – диагностируется единым преобразованием пространственной среды электрического вектора путём передачи волны;
- направление диссеминации луча света – подлежит совпадению с волновым объединением без наличия процесса двойного преломления луча.
Замысел подробного изложения электромагнитного поля при помощи «квантов» возникла ещё в начале XX столетия, и была представлена Максом Планком.
Ученый допустил, что регулярное излучение света совершается с помощью определенных частиц – квантов.
Спустя тридцать лет было подтверждено, что свет не только излучается частично и параллельно, но и поглощается. Это открытие позволило великому учёному-теоретику Альберту Эйнштейну вычислить дискретную структуру света. Работы этих учёных стали началом развития квантовой физики.
Уже в наши дни учёные стали называть кванты света «фотонами», а непосредственно их поток трактуется как целостный союз элементов. Именно поэтому свет в квантовой оптике воспринимается как одновременный поток частиц и волн, потому что такие процессы, как интерференция и дифракция, очень трудно интерпретировать лишь путём одного потока фотонов.
В середине прошлого века исследовательская практика дала возможность более точно указать территорию применения квантовой оптики. Ученые (эффект Брауна-Твисса) реально доказали, что фотоны от какого угодно теплового источника – звезды, светодиода, лампы, газового разряда или др.
– на самом деле стремятся приходить «парами».
Эксперимент под названием «магия двойных фотонов»: излучающиеся фотоны, подающие на 2 фотоприёмника непрерывный сигнал о регистрации элементов, могут заставить принимающие звук аппараты функционировать одновременно. Длительный путь исследований привел к современным представлениям о двойственной корпускулярно-волновой природе света.
В существующей сейчас физической оптике квантовые концепции не противоречат волновым, они сосуществуют на основе квантовой механики и квантовой электродинамики. Квантовая оптика является уникальным современным направлением с немалыми перспективами в исследованиях и применении.
Оптика, соответствующая нормам сегодняшнего дня, давно включает в свой состав различные области мира науки и новые разработки, пользующиеся спросом и популярностью.
В основном области оптической науки касаются электромагнитных или же квантовых характеристик света.
Физиологическая оптика – новая межотраслевая наука о зрительном восприятии света, объединяющая в себя информацию из биофизики, из биохимии и из психологии такого восприятия.
Принимая во внимание все законы оптики, данный раздел междисциплинарной науки основывается на перечисленных науках и имеет сугубо практическое направление.
Физиологическая оптика исследует строение и отслеживает функционирование зрительного аппарата – от глаза до коры головного мозга. Особое внимание уделяется таким уникальным феноменам, как: галлюцинации и оптическая иллюзия. Разработанные на основе результатов исследований теория зрения, теория восприятия света и цвета, используются в физиологии, в медицине (офтальмология), позволяя корректировать дефекты зрения.
Конечно, сегодня слово «оптика» чаще всего может использоваться как название магазина.
Разумеется, в таких узконаправленных точках продажи можно отовариться различными приборами технической оптики: линзы, очки, механические средства защиты и профилактики зрения. Такие специализированные магазины располагают современным оборудованием, с помощью которого предоставляется возможность на месте точно замерить остроту зрения, узнать об имеющихся проблемах и наметить способы их ликвидации.
Результаты в области физиологической оптики применяются при разработке разного рода устройств – от приборов для освещения и очков (оптическая техника) до телевидения и цветного кино (киноиндустрия)
Оптика — Физика LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 9099
Оптика, изучающая поведение и свойства света, включая его взаимодействие с веществом, и создание приборов, которые используют или обнаруживают его. Оптика обычно описывает поведение видимого, ультрафиолетового и инфракрасного света. Хотя, поскольку свет представляет собой электромагнитную волну, другие формы электромагнитного излучения, такие как рентгеновские лучи, микроволны и радиоволны, обладают сходными свойствами.
- Дополнительные модули (компоненты)
- Линзы
- Зеркала
- Геометрическая оптика (Tatum)
- . изложение всего, что известно о геометрической оптике. Она охватывает, скорее, геометрическую оптику первокурсников, которым она либо поможет, либо еще больше запутает, хотя я надеюсь, что первое. Та часть геометрической оптики, которая часто вызывает наибольшие трудности, особенно при получении правильного ответа на домашнюю работу или экзаменационные задачи, — это неприятный вопрос соглашений о знаках в расчетах линз и зеркал.
- Физическая оптика (Татум)
- Физическая или волновая оптика — раздел оптики, изучающий интерференцию, дифракцию, поляризацию и другие явления, для которых лучевое приближение геометрической оптики неприменимо .
- Оптика (Конийненберг, Адам и Урбах)
- Эта книга рассматривает оптику на уровне студентов на более поздних стадиях бакалавриата или начинающих магистров. Предполагается, что учащийся знаком с уравнениями Максвелла. Хотя в книге учитывается тот факт, что оптика является частью электромагнетизма, особое внимание уделяется полезности приближенных моделей оптики, их иерархии и границам применимости. Широко рассматриваются приближенные модели, такие как геометрическая оптика и параксиальная геометрическая оптика.
Optics распространяется по недекларированной лицензии, автором, ремиксом и/или куратором является LibreTexts.
- Наверх
- Была ли эта статья полезной?
- Тип изделия
- Книга или блок
- Показать оглавление
- нет
- Теги
Гл. 25 Введение в геометрическую оптику — College Physics 2e
Рисунок 25.1 Изображение, полученное в результате отражения света от плоской гладкой поверхности. (кредит: NASA Goddard Photo and Video, через Flickr)
Схема главы
25.1 Лучевой Аспект Света
25,2 Закон отражения
25,3 Закон преломления
25,4 Полное внутреннее отражение
25,5 Рассеивание: радуга и призмы
25,6 Формирование изображения линзами
25,7 Формирование изображения зеркалами
Геометрическая оптика Свет с этой страницы или экрана формируется в изображение хрусталиком вашего глаза, так же как и хрусталиком камеры, которая сделала эту фотографию. Зеркала, как и линзы, также могут формировать изображения, которые, в свою очередь, улавливаются вашим глазом.
Наша жизнь наполнена светом.
Благодаря зрению, самому ценному из наших чувств, свет может вызывать духовные эмоции, например, когда мы смотрим на великолепный закат или видим радугу, пробивающуюся сквозь облака. Свет также может просто развлекать нас в театре или предупреждать нас об остановке на перекрестке. Он имеет бесчисленное множество применений помимо зрения. Свет может передавать телефонные сигналы по стеклянным волокнам или готовить еду в солнечной печи. Сама жизнь не могла бы существовать без энергии света. От фотосинтеза в растениях до солнца, согревающего хладнокровное животное, его запас энергии жизненно важен.
Рисунок 25,2 Двойная радуга над заливом Поситос в Монтевидео, Уругвай. (кредит: Madrax, Wikimedia Commons)
Мы уже знаем, что видимый свет — это тип электромагнитных волн, на которые реагируют наши глаза. Это знание по-прежнему оставляет много вопросов относительно природы света и зрения. Что такое цвет и как наши глаза его различают? Почему сверкают бриллианты? Как путешествует свет? Как линзы и зеркала формируют изображения? Это лишь некоторые из вопросов, на которые отвечает изучение оптики.
Оптика — это раздел физики, изучающий поведение видимого света и других электромагнитных волн. В частности, оптика занимается генерацией и распространением света и его взаимодействием с веществом. То, что мы уже узнали о генерации света при изучении переноса тепла излучением, будет расширено в последующих темах, особенно в атомной физике. Теперь мы сосредоточимся на распространении света и его взаимодействии с материей.
Удобно разделить оптику на две основные части в зависимости от размера объектов, на которые падает свет. Когда свет взаимодействует с объектом, который в несколько раз превышает длину волны света, его наблюдаемое поведение похоже на поведение луча; он не имеет ярко выраженных волновых характеристик. Мы называем эту часть оптики «геометрической оптикой». В этой главе основное внимание будет уделено таким ситуациям. Когда свет взаимодействует с более мелкими объектами, он имеет очень заметные волновые характеристики, такие как конструктивная и деструктивная интерференция.
