Kaip fizikos optika padeda žmonėms. Optika kaip fizikos šaka. Kvantinė ir fiziologinė optika

Senovės mokslininkai, gyvenę V amžiuje prieš Kristų, teigė, kad viskas gamtoje ir šiame pasaulyje yra sąlygiška, o tik atomai ir tuštuma gali būti vadinami tikrove. Iki šiol yra išsaugoti svarbūs istoriniai dokumentai, patvirtinantys šviesos, kaip nuolatinio dalelių srauto, turinčio tam tikras fizines savybes, sandarą. Tačiau pats terminas „optika“ pasirodys daug vėliau. Tokių filosofų, kaip Demokritas ir Euklidas, sėklos, pasėtos suvokiant visų žemėje vykstančių procesų struktūrą, išdygo. Tik XIX amžiaus pradžioje klasikinė optika sugebėjo įgyti būdingų bruožų, kuriuos atpažįsta šiuolaikiniai mokslininkai, ir pasirodė kaip visavertis mokslas.

1 apibrėžimas

Optika – didžiulė fizikos šaka, tirianti ir nagrinėjanti reiškinius, tiesiogiai susijusius su galingų elektromagnetinių bangų sklidimu matomame spektre, taip pat artimuose jam diapazonuose.

Pagrindinė šio skyriaus klasifikacija atitinka istorinę specifinės šviesos struktūros doktrinos raidą:

geometrinis – III a.pr.Kr. (Euklidas);
fizinis – XVII amžius (Huygensas);
kvantinis – XX amžius (Planckas).

Optika visiškai apibūdina šviesos lūžio savybes ir paaiškina reiškinius, tiesiogiai susijusius su šia problema. Optinių sistemų metodai ir principai naudojami daugelyje taikomųjų disciplinų, įskaitant fiziką, elektrotechniką ir mediciną (ypač oftalmologiją). Šiose, kaip ir tarpdisciplininėse srityse, itin populiarūs taikomosios optikos pasiekimai, kurie kartu su tiksliąja mechanika sukuria tvirtus pamatus optinės-mechanikos pramonei.

Šviesos prigimtis

Optika laikoma viena pirmųjų ir pagrindinių fizikos šakų, kurioje buvo pristatyti senovės idėjų apie gamtą ribotumai.

Dėl to mokslininkai sugebėjo nustatyti gamtos reiškinių ir šviesos dvilypumą:

korpuskulinė šviesos hipotezė, kilusi iš Niutono, tiria šį procesą kaip elementariųjų dalelių – fotonų srautą, kuriame absoliučiai bet kokia spinduliuotė vykdoma diskretiškai, o minimali tam tikros energijos galios dalis turi dažnį ir dydį, atitinkantį skleidžiamos šviesos intensyvumas;
Šviesos bangų teorija, kilusi iš Huygenso, reiškia šviesos sampratą kaip lygiagrečių monochromatinių elektromagnetinių bangų rinkinį, stebimą optiniuose reiškiniuose ir vaizduojama kaip šių bangų veikimo rezultatas.

Esant tokioms šviesos savybėms, spinduliuotės jėgos ir energijos perėjimo į kitas energijos rūšis nebuvimas laikomas visiškai normaliu procesu, nes elektromagnetinės bangos nesąveikauja viena su kita erdvinėje trikdžių reiškinių aplinkoje, nes šviesos efektai tęsiasi. skleisti nekeičiant jų specifikos.

Elektrinės ir magnetinės spinduliuotės bangų ir korpuskulinės hipotezės buvo pritaikytos Maxwello moksliniuose darbuose lygčių pavidalu.

Ši nauja šviesos, kaip nuolat judančios bangos, samprata leidžia paaiškinti procesus, susijusius su difrakcija ir trukdžiais, įskaitant šviesos lauko struktūrą.

Šviesos charakteristikos

Šviesos bangos ilgis $\lambda$ tiesiogiai priklauso nuo bendro šio reiškinio sklidimo greičio erdvinėje terpėje $v$ ir yra susijęs su dažniu $\nu$ tokiu ryšiu:

$\lambda = \frac(v)(\nu)=\frac (c)(n\nu)$

kur $n$ yra terpės lūžio parametras. Apskritai šis indikatorius yra pagrindinė elektromagnetinės bangos ilgio funkcija: $n=n(\lambda)$.

Lūžio rodiklio priklausomybė nuo bangos ilgio pasireiškia sistemingos šviesos sklaidos reiškiniu. Universali ir dar mažai tyrinėta fizikos sąvoka yra šviesos greitis $c$. Ypatinga jo reikšmė absoliučioje tuštumoje reiškia ne tik maksimalų galingų elektromagnetinių dažnių sklaidos greitį, bet ir maksimalų informacijos sklaidos ar kitokio fizinio poveikio materialiems objektams intensyvumą. Didėjant šviesos srauto judėjimui skirtingose srityse, pradinis šviesos greitis $v$ dažnai mažėja: $v = \frac (c)(n)$.

Pagrindinės šviestuvo savybės:

spektrinė ir kompleksinė kompozicija, nustatoma pagal šviesos bangų ilgių skalę;
poliarizacija, kurią lemia bendras elektrinio vektoriaus erdvinės aplinkos pokytis bangų sklidimo metu;
šviesos pluošto sklaidos kryptis, kuri turi sutapti su bangos frontu, jei nėra dvigubo lūžio.

Kvantinė ir fiziologinė optika

Idėja išsamiai aprašyti elektromagnetinį lauką naudojant kvantus pasirodė XX amžiaus pradžioje, ją išsakė Maxas Planckas. Mokslininkai pasiūlė, kad nuolatinė šviesos emisija vykdoma per tam tikras daleles – kvantus. Po 30 metų buvo įrodyta, kad šviesa ne tik dalinai ir lygiagrečiai skleidžiama, bet ir sugeriama.

Tai suteikė Albertui Einšteinui galimybę nustatyti atskirą šviesos struktūrą. Šiais laikais mokslininkai šviesos kvantus vadina fotonais, o pats srautas laikomas neatsiejama elementų grupe. Taigi kvantinėje optikoje šviesa laikoma ir dalelių srautu, ir bangomis tuo pačiu metu, nes tokių procesų kaip trukdžiai ir difrakcija negalima paaiškinti vienu fotonų srautu.

XX amžiaus viduryje Brown-Twiss tyrimų veikla leido tiksliau nustatyti kvantinės optikos naudojimo sritį. Mokslininko darbais įrodyta, kad tam tikras šviesos šaltinių skaičius, skleidžiantis fotonus dviem fotodetektoriams ir duodantis nuolatinį garso signalą apie elementų registraciją, gali priversti įrenginius veikti vienu metu.

Praktinis neklasikinės šviesos panaudojimas atvedė mokslininkus prie neįtikėtinų rezultatų. Šiuo atžvilgiu kvantinė optika yra unikali šiuolaikinė sritis, turinti milžiniškas tyrimų ir pritaikymo galimybes.

1 pastaba

Šiuolaikinė optika jau seniai apėmė daugybę paklausių ir populiarių mokslo pasaulio ir plėtros sričių.

Šios optikos mokslo sritys yra tiesiogiai susijusios su elektromagnetinėmis arba kvantinėmis šviesos savybėmis, įskaitant kitas sritis.

2 apibrėžimas

Fiziologinė optika yra naujas tarpdisciplininis mokslas, tiriantis vizualinį šviesos suvokimą ir jungiantis informaciją iš biochemijos, biofizikos ir psichologijos.

Atsižvelgiant į visus optikos dėsnius, ši mokslo dalis remiasi šiais mokslais ir turi ypatingą praktinę kryptį. Tiriami regėjimo aparato elementai, ypatingas dėmesys skiriamas unikaliems reiškiniams, tokiems kaip optinė apgaulė ir haliucinacijos. Šios srities darbo rezultatai naudojami fiziologijoje, medicinoje, optinėje inžinerijoje ir kino pramonėje.

Šiandien žodis optika dažniau vartojamas kaip parduotuvės pavadinimas. Natūralu, kad tokiuose specializuotuose punktuose galima įsigyti įvairių techninių optikos priemonių – lęšių, akinių, regėjimą saugančių mechanizmų. Šiame etape parduotuvėse yra moderni įranga, leidžianti tiksliai nustatyti regėjimo aštrumą vietoje, taip pat nustatyti esamas problemas ir jų šalinimo būdus.

VISIŠKAI JUODAS KŪNAS– mentalinis kūno modelis, kuris esant bet kokiai temperatūrai visiškai sugeria visą ant jo patenkančią elektromagnetinę spinduliuotę, nepriklausomai nuo spektrinės sudėties. Radiacija A.h.t. yra nulemta tik jos absoliučios temperatūros ir nepriklauso nuo medžiagos pobūdžio.

BALTA ŠVIESA- kompleksas elektromagnetinis radiacija , sukeliantis spalvos atžvilgiu neutralų pojūtį žmogaus akyse.

MATOMA SPINDULIACIJA- optinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis yra 380–770 nm, galinti sukelti regėjimo pojūtį žmogaus akyse.

Stimuliuota EMISIJA, indukuota spinduliuotė – elektromagnetinių bangų spinduliavimas medžiagos dalelėmis (atomais, molekulėmis ir kt.), esančiomis sužadintoje būsenoje, t.y. nepusiausvyros būsena, veikiama išorinės priverstinės spinduliuotės. Į ir. nuosekliai (žr darna) su priverstine spinduliuote ir tam tikromis sąlygomis gali sustiprinti ir generuoti elektromagnetines bangas. taip pat žr kvantinis generatorius.

HOLOGRAMA- Fotografinėje plokštelėje įrašytas interferencijos modelis, sudarytas iš dviejų koherentinių bangų (žr. darna): atskaitos banga ir banga, atsispindėjusi nuo objekto, apšviesto tuo pačiu šviesos šaltiniu. Rekonstruodami G. suvokiame trimatį objekto vaizdą.

HOLOGRAFIJA- objektų trimačių vaizdų gavimo metodas, pagrįstas šių objektų atspindimo bangos fronto registravimu ir vėlesniu atkūrimu. Hologramos gavimas grindžiamas.

HUYGENO PRINCIPAS- metodas, leidžiantis bet kuriuo metu nustatyti bangos fronto padėtį. Pagal g.p. visi taškai, per kuriuos eina bangos frontas momentu t, yra antrinių sferinių bangų šaltiniai, o norima bangos fronto padėtis momentu t+Dt sutampa su visas antrines bangas gaubiančiu paviršiumi. Leidžia paaiškinti šviesos atspindžio ir lūžio dėsnius.

HUYGENS – FRESNEL – PRINCIPAS- apytikslis bangų sklidimo problemų sprendimo būdas. G.-F. p. teigiama: bet kuriame taške, esančiame už savavališko uždaro paviršiaus, dengiančio taškinį šviesos šaltinį, šio šaltinio sužadinta šviesos banga gali būti pavaizduota kaip antrinių bangų, skleidžiamų visų nurodyto uždaro paviršiaus taškų, trukdžių rezultatas. Leidžia išspręsti paprastas problemas.

LENGVAS SLĖGIS - spaudimas, susidaro šviesa ant apšviesto paviršiaus. Atlieka svarbų vaidmenį kosminiuose procesuose (kometų uodegų susidarymas, didelių žvaigždžių pusiausvyra ir kt.).

TIKRAS VAIZDAS- cm. .

DIAFRAGMA- optinės sistemos šviesos pluošto ribojimo arba keitimo įtaisas (pavyzdžiui, akies vyzdys, objektyvo rėmelis, fotoaparato objektyvas).

ŠVIESOS SKAIDYMAS- absoliutaus priklausomybė lūžio rodiklis medžiagos nuo šviesos dažnio. Skiriama normalioji spinduliuotė, kai didėjant dažniui šviesos bangos greitis mažėja, ir anomalioji spinduliuotė, kai bangos greitis didėja. Dėl D.s. Siauras baltos šviesos spindulys, praeinantis per prizmę iš stiklo ar kitos skaidrios medžiagos, suskaidomas į dispersinį spektrą, sudarydamas ekrane vaivorykštės juostelę.

DIFRAKCINĖS gardelės- fizinis įtaisas, susidedantis iš daugybės lygiagrečių vienodo pločio smūgių, taikomų skaidriam arba atspindinčiam paviršiui tokiu pat atstumu vienas nuo kito. Dėl to D.r. Susidaro difrakcijos spektras – kintantys šviesos intensyvumo maksimumai ir minimumai.

ŠVIESOS SKLIUTIS- reiškinių, kuriuos sukelia banginis šviesos pobūdis, visuma, stebima, kai ji sklinda terpėje, kurioje yra ryškus nehomogeniškumas (pavyzdžiui, einant pro skylutes, šalia nepermatomų kūnų ribų ir pan.). Siaurąja prasme pagal D.s. suprasti šviesos lenkimą aplink mažas kliūtis, t.y. nukrypimas nuo geometrinės optikos dėsnių. Atlieka svarbų vaidmenį optinių instrumentų veikime, juos riboja rezoliucija.

DOPLERIO EFEKTAS– pokyčių reiškinys vibracijos dažniai garsas arba elektromagnetinės bangos, kurias stebėtojas suvokia dėl stebėtojo ir bangų šaltinio abipusio judėjimo. Artėjant nustatomas dažnio padidėjimas, o tolstant – sumažėjimas.

NATŪRALĖ ŠVIESA- nenuoseklių šviesos bangų rinkinys su visomis įmanomomis vibracijos plokštumomis ir vienodu vibracijos intensyvumu kiekvienoje iš šių plokštumų. E.s. skleidžia beveik visi natūralūs šviesos šaltiniai, nes jie susideda iš daugybės skirtingai orientuotų spinduliavimo centrų (atomų, molekulių), skleidžiančių šviesos bangas, kurių virpesių fazė ir plokštuma gali įgauti visas įmanomas reikšmes. taip pat žr šviesos poliarizacija, darna.

OPTINIS VEIDRODIS– korpusas su poliruotu arba padengtu atspindinčiu sluoksniu (sidabro, aukso, aliuminio ir kt.) paviršiumi, ant kurio atsiranda artimas atspindys (žr. atspindys).

VAIZDO OPTIKA– objekto vaizdas, gautas optinei sistemai (lęšiams, veidrodžiams) veikiant objekto skleidžiamus arba atspindėtus šviesos spindulius. Skiriama tikroji (gaunama akies ekrane arba tinklainėje, kai susikerta spinduliai, einantys per optinę sistemą) ir įsivaizduojama informacija. . (gautas spindulių tęsinių susikirtimo vietoje).

ŠVIESOS TRUKDŽIAI- dviejų ar daugiau superpozicijos reiškinys nuoseklusšviesos bangos linijiškai poliarizuotos vienoje plokštumoje, kurioje susidariusios šviesos bangos energija perskirstoma erdvėje priklausomai nuo šių bangų fazių santykio. Ekrane ar fotografinėje plokštelėje stebimas I.S rezultatas vadinamas trukdžių modeliu. I. balta šviesa lemia vaivorykštės rašto formavimąsi (plonų plėvelių spalvos ir kt.). Randa pritaikymą holografijoje, optikos valymui ir kt.

INFRAUDONOJI SPINDULIJA - elektromagnetinė radiacija kurių bangos ilgis nuo 0,74 mikrono iki 1-2 mm. Skleidžia visi kūnai, kurių temperatūra aukštesnė už absoliutų nulį (šiluminė spinduliuotė).

ŠVIESOS KVANTAS- tokspat fotonas.

KOLIMATORIAUS- optinė sistema, skirta sukurti lygiagrečių spindulių pluoštą.

COMPTON EFEKTAS– trumpo bangos ilgio elektromagnetinės spinduliuotės (rentgeno ir gama spinduliuotės) sklaidos ant laisvųjų elektronų reiškinys, kartu su padidėjimu bangos ilgis.

LAZERIS, optinis kvantinis generatorius - kvantinis generatorius elektromagnetinė spinduliuotė optiniame diapazone. Sukuria monochromatinę koherentinę elektromagnetinę spinduliuotę, kuri turi siaurą kryptį ir didelį galios tankį. Jis naudojamas optiniame diapazone, kietoms ir ugniai atsparioms medžiagoms apdoroti, chirurgijoje, spektroskopijoje ir holografijoje, plazmai šildyti. trečia. Maser.

LINIJŲ SPEKTRAS- spektrai, susidedantys iš atskirų siaurų spektro linijų. Išskiria atominės būsenos medžiagos.

OBJEKTAS optinis – skaidrus kūnas, apribotas dviem lenktais (dažniausiai sferiniais) arba lenktais ir plokščiais paviršiais. Lęšis vadinamas plonu, jei jo storis yra mažas, palyginti su jo paviršių kreivumo spinduliais. Skiriami susiliejantys (lygiagretų spindulių pluoštą paverčiantys susiliejančiu) ir besiskiriantys (lygiagretų spindulių pluoštą paverčiantys besiskiriančiu) lęšiai. Jie naudojami optiniuose, optiniuose-mechaniniuose ir fotografijos prietaisuose.

Padidinamasis stiklas- kolekcionuoti objektyvas arba objektyvų sistema su trumpu židinio nuotoliu (10 - 100 mm), suteikia 2 - 50 kartų padidinimą.

RAY– įsivaizduojama linija, kuria spinduliuotės energija sklinda aproksimacijos būdu geometrinė optika, t.y. jei nepastebimi difrakcijos reiškiniai.

MASER - kvantinis generatorius elektromagnetinė spinduliuotė centimetrų diapazone. Jam būdingas didelis monochromatiškumas, darnumas ir siauras spinduliuotės kryptingumas. Jis naudojamas radijo ryšiuose, radijo astronomijoje, radare, taip pat kaip stabilių dažnių virpesių generatorius. trečia. .

MICHAELSON PATIRTIS- eksperimentas, skirtas įvertinti Žemės judėjimo įtaką vertei šviesos greitis. Neigiamas rezultatas M.o. tapo vienu iš eksperimentų aikštelių reliatyvumo teorija.

MIKROSKOPAS- optinis prietaisas, skirtas stebėti mažus, plika akimi nematomus objektus. Mikroskopo didinimas yra ribotas ir neviršija 1500. Plg. elektroninis mikroskopas.

VIMARY ĮVAIZDAS- cm. .

MONOCHROMATINĖ SPINDULIJA– mentalinis modelis elektromagnetinė radiacija vienas konkretus dažnis. Strogogo M.I. neegzistuoja, nes bet kokia reali spinduliuotė yra riboto laiko ir apima tam tikrą dažnių diapazoną. Radiacijos šaltiniai arti m. - kvantiniai generatoriai.

OPTIKA– fizikos šaka, tirianti šviesos (optinių) reiškinių dėsningumus, šviesos prigimtį ir jos sąveiką su medžiaga.

OPTINĖ AŠIS- 1) PAGRINDINĖ – tiesi linija, ant kurios yra optinę sistemą sudarančių lūžio arba atspindinčių paviršių centrai; 2) SIDE – bet kokia tiesi linija, einanti per plono lęšio optinį centrą.

OPTINĖ GALIA lęšiai – dydis, naudojamas apibūdinti lęšio lūžio efektą ir atvirkštinį židinio nuotolis. D=1/F. Jis matuojamas dioptrijomis (Dopteriais).

OPTINĖ SPINDULIJA- elektromagnetinė spinduliuotė, kurios bangos ilgiai yra nuo 10 nm iki 1 mm. K o.i. susieti infraraudonoji spinduliuotė, , .

ŠVIESOS ATspindėjimas– šviesos bangos sugrįžimo procesas, kai ji patenka į dviejų skirtingų laikmenų sąsają lūžio rodikliai. grįžti į pradinę aplinką. Ačiū o.s. matome šviesos neskleidžiančius kūnus. Skiriamas veidrodinis atspindys (lygiagretus spindulių pluoštas po atspindžio lieka lygiagretus) ir difuzinis atspindys (lygiagretus spindulys paverčiamas divergentiniu).

– reiškinys, stebimas šviesai pereinant iš optiškai tankesnės terpės į optiškai mažiau tankią, jeigu kritimo kampas yra didesnis už ribinį kritimo kampą, kur n – antrosios terpės lūžio rodiklis, palyginti su pirmąja. Šiuo atveju šviesa visiškai atsispindi nuo sąsajos tarp laikmenų.

BANGŲ ATSPINDIMŲ DĖSNIS- krintantis spindulys, atsispindėjęs spindulys ir statmenas, pakeltas į spindulio kritimo tašką, yra toje pačioje plokštumoje, o kritimo kampas yra lygus lūžio kampui. Veidrodiniam atspindžiui galioja įstatymas.

ŠVIESOS SUVERTIMAS- šviesos bangos energijos sumažėjimas jai sklindant medžiagoje, atsirandantis dėl bangos energijos pavertimo vidinė energija antrinės spinduliuotės medžiagos arba energija, turinčios skirtingą spektrinę sudėtį ir skirtingą sklidimo kryptį.

1) ABSOLIUTIS – reikšmė lygi šviesos greičio vakuume ir šviesos fazinio greičio tam tikroje terpėje santykiui: . Priklauso nuo terpės cheminės sudėties, jos būsenos (temperatūros, slėgio ir kt.) ir šviesos dažnio (žr. šviesos dispersija).2) SANTYKINIS – (antrosios terpės p.p., palyginti su pirmąja) reikšmė, lygi fazės greičio pirmojoje terpėje ir fazės greičio antrojoje santykiui: . O.p.p. lygus antrosios terpės absoliutaus lūžio rodiklio ir absoliutaus p.p santykiui. plunksnų aplinka.

ŠVIESOS POLARIZACIJA– reiškinys, lemiantis elektrinio lauko stiprumo vektorių išdėstymą ir šviesos bangos magnetinę indukciją plokštumoje, statmenoje šviesos pluoštui. Dažniausiai tai įvyksta šviesos atspindžio ir lūžio metu, taip pat šviesai sklindant anizotropinėje terpėje.

ŠVIESOS REFRAKCIJA- reiškinys, susidedantis iš šviesos (elektromagnetinės bangos) sklidimo krypties pasikeitimo, kai pereina iš vienos terpės į kitą, skiriasi nuo pirmosios lūžio rodiklis. Lūžio dėsnis tenkinamas: krintantis spindulys, lūžęs spindulys ir statmuo, pakeltas į spindulio kritimo tašką, yra toje pačioje plokštumoje, o šioms dviem terpėms kritimo kampo sinuso santykis su lūžio kampo sinusas yra pastovi reikšmė, vadinama santykinis lūžio rodiklis antroji aplinka, palyginti su pirmąja. Lūžio priežastis yra fazių greičių skirtumas įvairiose terpėse.

OPTINĖ PRIZMA- kūnas, pagamintas iš skaidrios medžiagos, apribotas dviem nelygiagrečiomis plokštumomis, kuriose lūžta šviesa. Naudojamas optiniuose ir spektriniuose prietaisuose.

INSTRUKCIJŲ SKIRTUMAS– fizikinis dydis, lygus dviejų šviesos spindulių optinio kelio ilgių skirtumui.

ŠVIESOS SKLDYMAS- reiškinys, susidedantis iš šviesos pluošto, sklindančio terpėje, nukreipimo visomis įmanomomis kryptimis. Ją sukelia terpės nevienalytiškumas ir šviesos sąveika su medžiagos dalelėmis, kurios metu keičiasi šviesos bangos sklidimo kryptis, dažnis ir virpesių plokštuma.

ŠVIESA, šviesos spinduliuotė – galinti sukelti regėjimo pojūtį.

ŠVIESOS BANGOS - elektromagnetinė banga matomos spinduliuotės bangų ilgių diapazone. Dažnis (dažnių rinkinys) r.v. lemia spalvą, energiją r.v. yra proporcinga jo amplitudės kvadratui.

ŠVIESOS VADOVAS- šviesos perdavimo kanalas, kurio matmenys yra daug kartų didesni už šviesos bangos ilgį. Šviesa kaime plinta dėl visiško vidinio atspindžio.

ŠVIESOS GREITIS vakuume (c) – viena iš pagrindinių fizinių konstantų, lygi elektromagnetinių bangų sklidimo greičiui vakuume. s=(299 792 458 ± 1,2) m/s. S.s. - maksimalus bet kokios fizinės sąveikos sklidimo greitis.

OPTINIS SPEKTRAS- tam tikro kūno optinės spinduliuotės intensyvumo (emisijos spektro) arba šviesos sugerties intensyvumo, kai ji praeina per medžiagą, pasiskirstymas pagal dažnį (arba bangos ilgį) (absorbcijos spektras). Yra S.O.: linijinis, susidedantis iš atskirų spektro linijų; dryžuotas, susidedantis iš glaudžiai susijusių grupių (juostelių). spektrines linijas; kietas, atitinkantis spinduliavimą (emisiją) arba šviesos sugertį plačiame dažnių diapazone.

SPEKTRALINĖS LINIJAS- siauros atkarpos optiniuose spektruose, atitinkančiose beveik tą patį dažnį (bangos ilgį). Kiekvienas S. l. atitinka tam tikrą kvantinis perėjimas.

SPEKTRALINĖ ANALIZĖ- fizinis kokybinės ir kiekybinės medžiagų cheminės sudėties analizės metodas, pagrįstas jų tyrimu. optiniai spektrai. Jis yra labai jautrus ir naudojamas chemijoje, astrofizikoje, metalurgijoje, geologiniuose tyrinėjimuose ir kt. S. a. teorinis pagrindas. yra .

SPEKTROGRAFAS- optinis prietaisas spinduliavimo spektrui gauti ir tuo pačiu metu įrašyti. Pagrindinė S. dalis - optinė prizmė arba .

SPEKTROSKOPAS- optinis prietaisas, skirtas vizualiai stebėti spinduliuotės spektrą. Pagrindinė objektyvo dalis yra optinė prizmė.

SPEKTROSKOPIJA- fizikos šaka, kuri studijuoja optiniai spektrai siekiant išsiaiškinti atomų, molekulių, taip pat medžiagos struktūrą įvairiose jos agregacijos būsenose.

PADIDINTI optinė sistema – optinės sistemos sukurto vaizdo dydžio ir tikrojo objekto dydžio santykis.

ULTRAVIOLETINĖ RADIACIJA- elektromagnetinė spinduliuotė, kurios bangos ilgis vakuume yra nuo 10 nm iki 400 nm. Jie taip pat sukelia daugelio medžiagų liuminescenciją. Biologiškai aktyvus.

FOKALINIS PLOKTUMAS- plokštuma, statmena sistemos optinei ašiai ir einanti per jos pagrindinį židinį.

DĖMESIO- taškas, kuriame surenkamas lygiagretus šviesos spindulių pluoštas, einantis per optinę sistemą. Jei spindulys yra lygiagretus pagrindinei optinei sistemos ašiai, tai spindulys guli ant šios ašies ir vadinamas pagrindine.

ŽIDINIMO TOLIS- atstumas tarp plono lęšio optinio centro ir židinio.FOTO EFEKTAS, fotoelektrinis efektas – tai elektromagnetinės spinduliuotės (išorinės f.) veikiamos medžiagos elektronų emisijos reiškinys. Pastebėtas dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose. Atrado G. Hertzas ir ištyrė A. G. Stoletovas. Pagrindiniai modeliai f. kvantinių sąvokų pagrindu paaiškino A. Einšteinas.

SPALVA- regos pojūtis, kurį sukelia šviesa pagal jos spektrinę sudėtį ir atspindėtos arba skleidžiamos spinduliuotės intensyvumą.

Šemjakovas N. F.

Fizika. 3 dalis. Banginė ir kvantinė optika, atomo ir branduolio sandara, fizinis pasaulio vaizdas.

Banginės ir kvantinės optikos fiziniai pagrindai, atomo ir branduolio sandara, fizinis pasaulio vaizdas nubrėžti pagal technikos universitetų bendrąją fizikos kurso programą.

Ypatingas dėmesys skiriamas fizikinės reikšmės atskleidimui, pagrindinių statistinės fizikos principų ir sąvokų turiniui, taip pat nagrinėjamų reiškinių praktiniam pritaikymui, atsižvelgiant į klasikinės, reliatyvistinės ir kvantinės mechanikos išvadas.

Skirtas 2 kurso nuotolinio mokymosi studentams, gali naudotis dieninių studijų studentai, magistrantai ir fizikos mokytojai.

Iš dangaus sklido kosminis lietus, nešdamas pozitronų srautus ant kometų uodegų. Atsirado mezonai, net bombos, Ten visokie rezonansai...

7. BANGŲ OPTIKA

1. Šviesos prigimtis

Pagal šiuolaikines idėjas šviesa turi dalelių bangos pobūdį. Viena vertus, šviesa elgiasi kaip dalelių srautas – fotonai, kurie išspinduliuojami, sklinda ir absorbuojami kvantų pavidalu. Korpuskulinis šviesos pobūdis pasireiškia, pavyzdžiui, reiškiniais

fotoelektrinis efektas, Komptono efektas. Kita vertus, šviesa turi banginių savybių. Šviesa yra elektromagnetinės bangos.Šviesos banginė prigimtis pasireiškia, pavyzdžiui, reiškiniuose trukdžiai, difrakcija, poliarizacija, dispersija ir kt. Elektromagnetinės bangos yra

skersinis.

IN elektromagnetinė banga svyruoja vektoriais

elektrinis laukas E ir magnetinis laukas H, o ne materija, kaip, pavyzdžiui, bangų ant vandens ar ištempto laido atveju. Elektromagnetinės bangos vakuume sklinda 3108 m/s greičiu.Taigi šviesa yra realus fizinis objektas, kurio negalima redukuoti nei į bangą, nei į dalelę įprasta prasme. Bangos ir dalelės yra tik dvi materijos formos, turinčios tą pačią fizinę esybę.

7.1. Geometrinės optikos elementai

7.1.1. Huygenso principas

	Kai bangos sklinda terpėje, įskaitant
	įskaitant elektromagnetinius, rasti naujų
	bangų frontas bet kuriuo metu
	naudoti Huygenso principą.
	Kiekvienas bangos fronto taškas yra
	antrinių bangų šaltinis.
	Homogeninėje izotropinėje terpėje banguoja
	antrinių bangų paviršiai atrodo kaip rutuliai
	spindulys v t,	kur v yra sklidimo greitis

	bangos terpėje.	Bangos apvalkalo vykdymas

antrinių bangų frontų, gauname naują bangos frontą tam tikru laiku (7.1 pav., a, b).

7.1.2. Atspindžio dėsnis

Naudojant Huygenso principą, galima įrodyti elektromagnetinių bangų atspindžio dėsnį dviejų dielektrikų sąsajoje.

Kritimo kampas lygus atspindžio kampui. Kritantys ir atspindėti spinduliai kartu su statmenu dviejų dielektrikų sąsajai yra

į SD vadinamas kritimo kampu. Jei tam tikru laiko momentu krintančios OB bangos priekis pasiekia tašką O, tai pagal Huygenso principą šis taškas

pradeda skleisti antrinę bangą. Per		t = VO1 /v krintančio pluošto 2
	pasiekia tašką O1. Tuo pačiu metu priekinė antrinė
	bangos, po atspindžio taške O, plinta į
	ta pati aplinka, pasiekia pusrutulio taškus,
	spindulys OA = v	t = BO1 .Naujosios bangos frontas
	pavaizduota plokštuma AO1, ir kryptis
	paskirstymas	OA sija. Kampas vadinamas
	atspindžio kampas. Iš trikampių lygybės
	OAO1 ir OBO1 vadovaujasi atspindžio dėsniu: kampas
	kritimas lygus atspindžio kampui.

	7.1.3. Lūžio dėsnis
	Optiškai vienalytei terpei 1 būdinga absoliuti
lūžio rodiklis
lūžio rodiklis

	šviesos greitis vakuume; v1		šviesos greitis pirmoje terpėje.




kur v2
	Požiūris	n2 / n1 = n21

vadinamas santykiniu antrosios terpės lūžio rodikliu, palyginti su pirmąja.

dažnį Jei šviesos sklidimo greitis pirmoje terpėje yra v1, o antroje terpėje v2,

aplinka (pagal Huygenso principą), pasiekia pusrutulio taškus, kurių spindulys OB = v2 t. Antroje terpėje sklindančios bangos naujasis frontas pavaizduotas BO1 plokštuma (7.3 pav.), o jos kryptis.

sklidimas spinduliais OB ir O1 C (statmenai bangos frontui). Kampas tarp spindulio OB ir dviejų dielektrikų sąsajos normalaus

taškas O vadinamas lūžio kampu. Iš trikampių OAO1

OVO1

iš to seka, kad AO1 = OO1 sin

OB = OO1 sin .

Jų požiūris išreiškia teisę

refrakcija (Snello dėsnis):

n21.

Kritimo kampo sinuso ir kampo sinuso santykis

refrakcija

giminaitis

dviejų terpių lūžio rodiklis.

7.1.4. Visiškas vidinis atspindys

Pagal lūžio dėsnį dviejų terpių sąsajoje, tai įmanoma

stebėti visiškas vidinis atspindys, jei n1 > n2, t.y.

7.4). Todėl yra toks ribinis kritimo kampas

pr kada

900. Tada lūžio dėsnis

įgauna tokią formą:

sin pr =

(sin 900 = 1)

Su toliau

didėja

pilnai

atsispindi dviejų medijų sąsajoje.

Šis reiškinys vadinamas visiškas vidinis atspindys ir plačiai naudojami optikoje, pavyzdžiui, keisti šviesos spindulių kryptį (7.5 pav., a, b). Jis naudojamas teleskopuose, žiūronuose, šviesolaidiniuose ir kituose optiniuose prietaisuose. Klasikiniuose bangų procesuose, tokiuose kaip visiško vidinio elektromagnetinių bangų atspindžio reiškinys,

stebimi reiškiniai, panašūs į tunelio efektą kvantinėje mechanikoje, kuris siejamas su dalelių banginėmis savybėmis. Iš tiesų, kai šviesa pereina iš vienos terpės į kitą, stebimas šviesos lūžis, susijęs su jos sklidimo greičio pasikeitimu skirtingose terpėse. Dviejų terpių sąsajoje šviesos spindulys yra padalintas į dvi: lūžusią ir atspindėtą. Pagal lūžio dėsnį turime, kad jei n1 > n2, tai esant > pr stebimas bendras vidinis atspindys.

Kodėl tai vyksta? Maksvelo lygčių sprendimas rodo, kad šviesos intensyvumas antroje terpėje skiriasi nuo nulio, bet nyksta labai greitai, eksponentiškai, esant atstumui nuo

sąsajos ribos.
	Eksperimentinis
stebėjimas		vidinis
atspindys parodytas fig. 7.6,
demonstruoja		prasiskverbimas
šviesa į „draudžiamą“ zoną
geometrinė optika.
		stačiakampio formos

lygiašonė stiklo prizmė, šviesos spindulys krinta statmenai ir, nelūžęs, krenta ant 2 paviršiaus, stebimas bendras vidinis atspindys,

/2 iš 2 paviršiaus įdėkite tą pačią prizmę, tada šviesos spindulys praeis per 2 paviršių* ir išeis iš prizmės per 1* paviršių lygiagrečiai spinduliui, krintančiam į 1 paviršių. Praleidžiamos šviesos srauto intensyvumas J mažėja eksponentiškai didėjant tarpas h tarp prizmių pagal dėsnį:

Todėl šviesos prasiskverbimas į „uždraustą“ sritį yra optinis kvantinio tunelio efekto analogas.

Visiško vidinio atspindžio reiškinys yra tikrai baigtas, nes šiuo atveju visa krintančios šviesos energija atsispindi dviejų terpių sąsajoje, nei atsispindi, pavyzdžiui, nuo metalinių veidrodžių paviršiaus. Naudodamiesi šiuo reiškiniu, galime atsekti kitą

analogija tarp šviesos lūžio ir atspindžio, viena vertus, ir Vavilovo-Čerenkovo spinduliuotės, kita vertus.

7.2. BANGŲ TRUKDŽIAI

7.2.1. Vektorių E ir H vaidmuo

Praktiškai realioje terpėje vienu metu gali sklisti kelios bangos. Dėl bangų pridėjimo pastebima keletas įdomių reiškinių: bangų trukdžiai, difrakcija, atspindys ir lūžis ir tt

Šie bangų reiškiniai būdingi ne tik mechaninėms bangoms, bet ir elektrinėms, magnetinėms, šviesai ir kt. Visos elementarios dalelės taip pat pasižymi banginėmis savybėmis, kurias įrodė kvantinė mechanika.

Vienas įdomiausių bangų reiškinių, kuris stebimas terpėje sklindant dviem ar daugiau bangų, vadinamas interferencija. Optiškai vienalytė terpė 1 pasižymi

absoliutus lūžio rodiklis
absoliutus lūžio rodiklis

	šviesos greitis vakuume; v1 šviesos greitis pirmoje terpėje.
2 terpei būdingas absoliutus lūžio rodiklis



kur v2	šviesos greitis antroje terpėje.
Požiūris
Požiūris

vadinamas antrosios terpės santykiniu lūžio rodikliu


	naudojant Maksvelo teoriją arba


	kur 1, 2 yra pirmosios ir antrosios terpės dielektrinės konstantos.
	Vakuumui n = 1. Dėl dispersijos (šviesos dažnis				1014 Hz), pavyzdžiui,

vandeniui n = 1,33, o ne n = 9 (= 81), kaip matyti iš elektrodinamikos žemiems dažniams. Šviesa yra elektromagnetinės bangos. Todėl elektromagnetinis

lauką lemia vektoriai E ir H, atitinkamai apibūdinantys elektrinio ir magnetinio lauko stiprumus. Tačiau daugelyje šviesos sąveikos su medžiaga procesų, pavyzdžiui, šviesos poveikis regėjimo organams, fotoelementams ir kitiems prietaisams,

lemiamas vaidmuo tenka vektoriui E, kuris optikoje vadinamas šviesos vektoriumi.

Visus procesus, vykstančius įrenginiuose, veikiant šviesai, sukelia šviesos bangos elektromagnetinio lauko poveikis įkrautoms dalelėms, kurios sudaro atomus ir molekules. Šiuose procesuose pagrindinis vaidmuo

elektronai žaidžia dėl aukšto dažnio

svyravimai

šviesos

15 Hz).

srovė

vienam elektronui nuo

elektromagnetinis laukas,

Fqe(E

0 },

kur q e

elektronų krūvis; v

jo greitis;

magnetinis pralaidumas

aplinka;

magnetinė konstanta.

Didžiausia sekundės vektorinės sandaugos modulio vertė

terminas v

H, atsižvelgiant į

0 H2 =

0 E2,

paaiškėja

0 N ve =

ir E

šviesos greitis

medžiaga ir vakuume, atitinkamai;

0 elektrinis

pastovus;

medžiagos dielektrinė konstanta.

Be to, v >>ve, kadangi šviesos greitis materijoje yra v

108 m/s, greitis

elektronas atome ve

106 m/s. Yra žinoma, kad

ciklinis dažnis; Ra

10 10

vaidmenį vaidina atominis dydis

elektrono priverstinių virpesių amplitudės atome.

Vadinasi,

F ~ qe E, o pagrindinį vaidmenį atlieka vektorius

E, o ne

vektorius H. Gauti rezultatai gerai sutampa su eksperimentiniais duomenimis. Pavyzdžiui, Vynerio eksperimentuose fotografinės emulsijos juodėjimo sritis

veikiant šviesai, sutampa su elektrinio vektoriaus E antimazgais.

7.3. Didžiausių ir minimalių trukdžių sąlygos

Koherentinių šviesos bangų superpozicijos reiškinys, dėl kurio kai kuriuose erdvės taškuose stebimas šviesos stiprinimo kaitaliojimas, o kituose – silpnėjimas, vadinamas šviesos interferencija.

Būtina sąlyga šviesos trukdžiai yra darna

sulenktos sinusinės bangos.

Bangos vadinamos koherentinėmis, jei pridėtų bangų fazių skirtumas laikui bėgant nekinta, ty = const.

Šią sąlygą tenkina monochromatinės bangos, t.y. bangos

E, sulankstyti elektromagnetiniai laukai atsirado tomis pačiomis arba panašiomis kryptimis. Šiuo atveju turi būti sutapimas

tik vektoriai E, bet ir H, kurie bus stebimi tik tuo atveju, jei bangos sklis ta pačia tiese, t.y. yra vienodai poliarizuoti.

Raskime maksimalių ir minimalių trukdžių sąlygas.

Norėdami tai padaryti, apsvarstykite dviejų vienodų to paties dažnio (1 = 2 =) monochromatinių koherentinių šviesos bangų, turinčių vienodą amplitudę (E01 = E02 = E0), svyruojančių vakuume viena kryptimi pagal sinuso dėsnį ( arba kosinusas), t.y.

		E01 sin(		01),
		E02 sin(		02),
kur r1, r2	atstumai nuo šaltinių S1 ir S2		į stebėjimo tašką ekrane;
01, 02	pradinės fazės; k =	bangos numeris.
01, 02	pradinės fazės; k =	bangos numeris.

Pagal superpozicijos principą (nustatytą Leonardas da Vinčis) gauto svyravimo intensyvumo vektorius yra lygus pridėtinių bangų intensyvumo vektorių geometrinei sumai, t.y.

E2.

Paprastumo dėlei darome prielaidą, kad pradinės fazės sulankstytos bangos

yra lygūs nuliui, ty 01 =

02 = 0. Absoliučia verte turime

E = E1 + E2 = 2E0 sin[

k(r1

k(r2

(7.16) išraiškoje

r1 ) n =

optinio kelio skirtumas

sulankstomos bangos; n

terpės absoliutus lūžio rodiklis.

Kitoms terpėms, išskyrus vakuumą, pavyzdžiui, vandeniui (n1, 1),

stiklas (n2, 2) ir kt. k = k1 n1;

k = k2n2;

1 n1;

2n2;

vadinama gautos bangos amplitude.

Nustatyta bangos galios amplitudė (vienetiniam bangos priekiniam paviršiui) Poynting vektorius, ty modulo

0 E 0 2 cos2 [

k(r2

kur П = с w,

0E 2

tūrinis

tankis

elektromagnetinis laukas (vakuumui

1), ty P = c

0 E2.

Jei J = P

susidariusios bangos intensyvumas ir

J0 = s

0 E 0 2

didžiausias jo intensyvumas, tada atsižvelgiant į

(7,17) ir (7,18) intensyvumas

susidariusi banga keisis pagal įstatymą

J = 2J0 (1+ cos).

Sulenktų bangų fazių skirtumas

ir nepriklauso nuo laiko, kur

2 = t kr2 +

1 = t kr1 +

Gautos bangos amplitudę randame pagal formulę

K(r2

r1 )n =

Galimi du atvejai:

1. Maksimali būklė.

Jei pridėtų bangų fazių skirtumas yra lyginis skaičius


	1, 2, ..., tada gauta amplitudė bus didžiausia,

	E 02 E 012 E 022 2E 01E 02
	E0 = E01 + E02.
Vadinasi, bangų amplitudės sumuojasi,		o jei jie lygūs
(E01 = E02)	gauta amplitudė padvigubėja.
Gautas intensyvumas taip pat yra didžiausias:
	Jmax = 4J0.

Amangeldinovas Mustafa Rachatovičius
Studentas
Nazarbajevo intelektualinė mokykla mustafastu123@ gmail. com

Optika. Optikos istorija.Optikos taikymas.

Optikos raidos istorija.

Optika yra šviesos prigimties, šviesos reiškinių ir šviesos sąveikos su medžiaga tyrimas. Ir beveik visa jos istorija yra atsakymo paieškos: kas yra šviesa?

Vieną pirmųjų šviesos teorijų, regėjimo spindulių teoriją, apie 400 m. pr. Kr. iškėlė graikų filosofas Platonas. e. Ši teorija darė prielaidą, kad iš akies sklinda spinduliai, kurie, susitikę su objektais, juos apšviečia ir sukuria aplinkinio pasaulio vaizdą. Platono pažiūroms pritarė daugelis senovės mokslininkų, o ypač Euklidas (III a. pr. Kr.), remdamasis vizualinių spindulių teorija, įkūrė šviesos sklidimo tiesumo doktriną ir įtvirtino atspindžio dėsnį.

Tais pačiais metais buvo nustatyti šie faktai:

– šviesos sklidimo tiesumas;

– šviesos atspindžio reiškinys ir atspindžio dėsnis;

– šviesos lūžio reiškinys;

– įgaubto veidrodžio fokusavimo efektas.

Senovės graikai padėjo pamatus optikos šakai, kuri vėliau tapo žinoma kaip geometrinė.

Įdomiausias optikos darbas, atėjęs pas mus nuo viduramžių, yra arabų mokslininko Alhazeno darbas. Jis tyrė šviesos atspindį nuo veidrodžių, lūžio ir šviesos pralaidumo reiškinį lęšiuose. Algazenas pirmasis išreiškė mintį, kad šviesa turi ribotą sklidimo greitį. Ši hipotezė buvo svarbus žingsnis siekiant suprasti šviesos prigimtį.

Renesanso laikais buvo padaryta daug įvairių atradimų ir išradimų; Eksperimentinis metodas buvo pradėtas kurti kaip aplinkinio pasaulio tyrimo ir supratimo pagrindas.

Remiantis daugybe eksperimentinių faktų, XVII amžiaus viduryje iškilo dvi hipotezės apie šviesos reiškinių prigimtį:

– korpuskulinė, kuri manė, kad šviesa yra dalelių srautas, kurį dideliu greičiu išmeta šviečiantys kūnai;

– banga, kuri teigė, kad šviesa yra specialios šviesos terpės – eterio – išilginiai svyruojantys judesiai, sužadinami šviečiančio kūno dalelių virpesiais.

Visa tolesnė šviesos doktrinos raida iki šių dienų yra šių hipotezių, kurių autoriai buvo I. Niutonas ir H. Huygensas, raidos ir kovos istorija.

Pagrindinės Niutono korpuskulinės teorijos nuostatos:

1) Šviesą sudaro mažos medžiagos dalelės, kurias visomis kryptimis tiesiomis linijomis arba spinduliais skleidžia šviečiantis kūnas, pavyzdžiui, deganti žvakė. Jei šie spinduliai, susidedantys iš ląstelių, patenka į mūsų akį, tada matome jų šaltinį.

2) Šviesos ląstelės yra skirtingo dydžio. Didžiausios dalelės, patekusios į akį, suteikia raudonos spalvos pojūtį, mažiausios – violetinę.

3) Balta spalva yra visų spalvų mišinys: raudona, oranžinė, geltona, žalia, mėlyna, indigo, violetinė.

4) Šviesos atspindys nuo paviršiaus atsiranda dėl to, kad ląstelės atsispindi nuo sienos pagal absoliutaus tamprumo dėsnį.

5) Šviesos lūžio reiškinys paaiškinamas tuo, kad terpės dalelės traukia korpusus. Kuo tankesnė terpė, tuo mažesnis lūžio kampas yra kritimo kampas.

6) Šviesos sklaidos reiškinį, kurį atrado Niutonas 1666 m., jis paaiškino taip. Kiekviena spalva jau yra baltoje šviesoje. Visos spalvos perduodamos per tarpplanetinę erdvę ir atmosferą kartu ir sukuria baltos šviesos efektą. Balta šviesa – įvairių kūnelių mišinys – praeina pro prizmę, lūžta. Mechaninės teorijos požiūriu lūžis atsiranda dėl stiklo dalelių jėgų, veikiančių šviesos korpusus. Šios jėgos skirtingiems korpusams yra skirtingos. Didžiausi jie yra violetinei, o mažiausi – raudonai. Korpusulių kelias prizmėje kiekvienai spalvai lūžta skirtingai, todėl baltas kompleksinis spindulys suskils į spalvotus komponentinius spindulius.

7) Niutonas apibūdino būdus, kaip paaiškinti dvigubą refrakciją, iškeldamas hipotezę, kad šviesos spinduliai turi „skirtingas puses“ - ypatingą savybę, lemiančią skirtingą jų lūžį, kai jie praeina per dvigubą lūžį.

Niutono korpuskulinė teorija patenkinamai paaiškino daugelį tuo metu žinomų optinių reiškinių. Jos autorius turėjo didžiulį prestižą mokslo pasaulyje, o Niutono teorija netrukus sulaukė daugybės šalininkų visose šalyse.

Požiūriai į šviesos prigimtį XIX–XX a.

1801 metais T. Jungas atliko eksperimentą, kuris nustebino viso pasaulio mokslininkus: S – šviesos šaltinis; E – ekranas; B ir C yra labai siauri plyšiai, išdėstyti vienas nuo kito 1–2 mm atstumu.

Remiantis Niutono teorija, ekrane turėtų atsirasti dvi šviesios juostos, iš tikrųjų atsirado kelios šviesios ir tamsios juostos, o šviesi linija P atsirado tiesiai priešais tarpą tarp plyšių B ir C. Patirtis parodė, kad šviesa yra banginis reiškinys. Jungas sukūrė Huygenso teoriją turėdamas idėjų apie dalelių virpesius ir virpesių dažnį. Jis suformulavo trukdžių principą, kuriuo remdamasis paaiškino plonų plokštelių difrakcijos, interferencijos ir spalvos reiškinį.

Prancūzų fizikas Fresnelis sujungė Huygenso bangų judesių principą ir Youngo trukdžių principą. Tuo remdamasis jis sukūrė griežtą matematinę difrakcijos teoriją. Fresnelis sugebėjo paaiškinti visus tuo metu žinomus optinius reiškinius.

Pagrindiniai Frenelio bangų teorijos principai.

– Šviesa – tai virpesių sklidimas eteryje greičiu, kur yra eterio tamprumo modulis, r – eterio tankis;

– Šviesos bangos yra skersinės;

– Lengvasis eteris turi elastingo-kieto kūno savybes ir yra visiškai nesuspaudžiamas.

Pereinant iš vienos terpės į kitą, eterio elastingumas nekinta, bet keičiasi jo tankis. Santykinis medžiagos lūžio rodiklis.

Skersiniai virpesiai gali atsirasti vienu metu visomis bangos sklidimo krypčiai statmenomis kryptimis.

Fresnelio darbai pelnė mokslininkų pripažinimą. Netrukus pasirodė daugybė eksperimentinių ir teorinių darbų, patvirtinančių šviesos banginį pobūdį.

XIX amžiaus viduryje buvo pradėti aptikti faktai, rodantys ryšį tarp optinių ir elektrinių reiškinių. 1846 metais M. Faradėjus stebėjo šviesos poliarizacijos plokštumų sukimąsi kūnuose, patalpintuose magnetiniame lauke. Faradėjus įvedė elektrinių ir magnetinių laukų sąvoką kaip savotiškus eterio sudėjimus. Atsirado naujas „elektromagnetinis eteris“. Pirmasis į šias nuomones dėmesį atkreipė anglų fizikas Maksvelas. Jis sukūrė šias idėjas ir sukūrė elektromagnetinio lauko teoriją.

Elektromagnetinė šviesos teorija neišbraukė Huygenso-Young-Fresnelio mechaninės teorijos, o perkėlė ją į naują lygmenį. 1900 metais vokiečių fizikas Planckas iškėlė hipotezę apie kvantinę spinduliuotės prigimtį. Jo esmė buvo tokia:

– šviesos spinduliavimas yra atskiro pobūdžio;

– absorbcija taip pat vyksta atskiromis dalimis, kvantais.

Kiekvieno kvanto energija pavaizduota formuleE=hn , Kurh yra Planko konstanta, o n yra šviesos dažnis.

Praėjus penkeriems metams po Plancko, buvo paskelbtas vokiečių fiziko Einšteino darbas apie fotoelektrinį efektą. Einšteinas tikėjo:

– šviesa, kuri dar nesąveikavo su medžiaga, turi granuliuotą struktūrą;

– Diskrečiosios šviesos spinduliuotės struktūrinis elementas yra fotonas.

1913 metais danų fizikas N. Bohras paskelbė atomo teoriją, kurioje Planko-Einšteino kvantų teoriją sujungė su atomo branduolinės struktūros paveikslu.

Taip atsirado nauja kvantinė šviesos teorija, gimusi remiantis Niutono korpuskuline teorija. Kvantas veikia kaip kūnelis.

Pagrindinės nuostatos.

– Šviesa skleidžiama, sklinda ir sugeriama atskiromis dalimis – kvantais.

– Šviesos kvantas – fotonas neša energiją, proporcingą bangos dažniui, kuriuo jį apibūdina elektromagnetinė teorijaE=hn .

– Fotonas turi masę (), impulsą ir kampinį momentą ().

– Fotonas, kaip dalelė, egzistuoja tik judėdamas, kurio greitis yra šviesos sklidimo greitis tam tikroje terpėje.

– Visoms sąveikoms, kuriose dalyvauja fotonas, galioja bendrieji energijos ir impulso tvermės dėsniai.

– Elektronas atome gali būti tik kai kuriose atskirose stabiliose stacionariose būsenose. Būdamas nejudančiose būsenose, atomas nespinduliuoja energijos.

– Pereidamas iš vienos stacionarios būsenos į kitą, atomas skleidžia (sugeria) fotoną, kurio dažnis (kurE 1 IrE 2 – pradinės ir galutinės būsenos energijos).

Atsiradus kvantinei teorijai tapo aišku, kad korpuskulinės ir banginės savybės yra tik dvi pusės, dvi tarpusavyje susijusios šviesos esmės apraiškos. Jie neatspindi materijos diskretiškumo ir tęstinumo dialektinės vienybės, išreiškiamos tuo pačiu metu pasireiškus bangoms ir korpuskulinėms savybėms. Tą patį spinduliavimo procesą galima aprašyti tiek naudojant matematinį aparatą, skirtą erdvėje ir laike sklindančioms bangoms, tiek naudojant statistinius metodus, numatant dalelių atsiradimą tam tikroje vietoje ir tam tikru laiku. Abu šie modeliai gali būti naudojami vienu metu ir, atsižvelgiant į sąlygas, pirmenybė teikiama vienam iš jų.

Pastarųjų metų pasiekimai optikos srityje buvo įmanomi dėl kvantinės fizikos ir bangų optikos plėtros. Šiais laikais šviesos teorija toliau tobulėja.

Šviesos ir geometrinės optikos banginės savybės.

Optika yra fizikos šaka, tirianti šviesos savybes ir fizikinę prigimtį, taip pat jos sąveiką su medžiaga.

Paprasčiausi optiniai reiškiniai, tokie kaip šešėlių atsiradimas ir vaizdų susidarymas optiniuose prietaisuose, gali būti suprantami geometrinės optikos rėmuose, kurie veikia su atskirų šviesos spindulių, kurie paklūsta žinomiems lūžio ir atspindžio dėsniams, samprata. nepriklausomi vienas nuo kito. Norint suprasti sudėtingesnius reiškinius, reikalinga fizinė optika, kuri šiuos reiškinius nagrinėja atsižvelgiant į fizinę šviesos prigimtį. Fizinė optika leidžia išvesti visus geometrinės optikos dėsnius ir nustatyti jų taikymo ribas. Nežinant šių ribų, formalus geometrinės optikos dėsnių taikymas tam tikrais atvejais gali duoti rezultatus, prieštaraujančius stebimiems reiškiniams. Todėl negalima apsiriboti formalia geometrinės optikos konstrukcija, reikia žiūrėti į ją kaip į fizikinės optikos šaką.

Šviesos pluošto sąvoką galima gauti nagrinėjant tikrą šviesos spindulį vienalytėje terpėje, nuo kurios diafragma išskiriamas siauras lygiagretus spindulys. Kuo mažesnis šių skylių skersmuo, tuo izoliuotas spindulys siauresnis, o riboje, einant į norimas mažas skylutes, atrodytų, kad šviesos spindulį galima gauti kaip tiesią liniją. Bet toks savavališkai siauro pluošto (spindulio) izoliavimo procesas neįmanomas dėl difrakcijos reiškinio. Neišvengiamas tikrojo šviesos pluošto, praeinančio per D skersmens diafragmą, kampinį plėtimąsi lemia difrakcijos kampas j~l/D . Tik ribiniu atveju, kai l = 0, toks plėtimasis neįvyktų ir apie spindulį būtų galima kalbėti kaip apie geometrinę liniją, kurios kryptis lemia šviesos energijos sklidimo kryptį.

Taigi, šviesos spindulys yra abstrakti matematinė sąvoka, o geometrinė optika yra apytikslis ribinis atvejis, į kurį patenka bangų optika, kai šviesos bangos ilgis linkęs į nulį.

Akis kaip optinė sistema.

Žmogaus regėjimo organas yra akys, kurios daugeliu atžvilgių yra labai pažangi optinė sistema.

Apskritai žmogaus akis yra apie 2,5 cm skersmens sferinis kūnas, vadinamas akies obuoliu (5 pav.). Nepermatomas ir patvarus išorinis akies sluoksnis vadinamas sklera, o skaidri ir labiau išgaubta priekinė jo dalis – ragena. Viduje sklera yra padengta gyslainiu, susidedančiu iš kraujagyslių, maitinančių akį. Priešais rageną gyslainė pereina į rainelę, skirtingą skirtingų žmonių spalvą, kurią nuo ragenos skiria kamera, kurioje yra skaidri vandeninga masė.

Rainelė turi apvalią skylutę, vadinamą vyzdžiu, kurios skersmuo gali skirtis. Taigi rainelė atlieka diafragmos vaidmenį, reguliuojančią šviesos patekimą į akį. Ryškioje šviesoje vyzdys sumažėja, o esant silpnam - padidėja. Akies obuolio viduje už rainelės yra lęšis, kuris yra abipus išgaubtas lęšis, pagamintas iš skaidrios medžiagos, kurios lūžio rodiklis yra apie 1,4. Lęšį supa žiedinis raumuo, kuris gali pakeisti jo paviršių kreivumą, taigi ir optinę galią.

Gyslainė akies vidinėje pusėje yra padengta šviesai jautraus nervo šakomis, ypač tankiai prieš vyzdį. Šios šakos sudaro tinklainę, ant kurios gaunamas tikrasis akies optinės sistemos sukurtų objektų vaizdas. Tarpas tarp tinklainės ir lęšiuko užpildytas skaidriu stiklakūniu, kurio struktūra yra želatinė. Tinklainėje esančių objektų vaizdas yra apverstas. Tačiau smegenų, kurios gauna signalus iš šviesai jautraus nervo, veikla leidžia matyti visus objektus natūraliose padėtyse.

Atpalaidavus žiedinį akies raumenį, tinklainėje gaunamas tolimų objektų vaizdas. Apskritai akies sandara yra tokia, kad žmogus be įtampos mato objektus, esančius ne arčiau kaip 6 metrai nuo akies. Tokiu atveju arčiau esančių objektų vaizdas gaunamas už tinklainės. Kad būtų gautas aiškus tokio objekto vaizdas, žiedinis raumuo vis labiau suspaudžia lęšį, kol objekto vaizdas atsiranda tinklainėje, o tada laiko lęšį suspaustą.

Taigi žmogaus akies „fokusavimas“ vykdomas keičiant lęšiuko optinę galią žiedinio raumens pagalba Akies optinės sistemos gebėjimas sukurti aiškius objektų, esančių skirtingais atstumais nuo jos, vaizdus. vadinamas apgyvendinimu (iš lotynų kalbos „apgyvendinimas“ - adaptacija). Žiūrint labai tolimus objektus, į akį patenka lygiagretūs spinduliai. Šiuo atveju sakoma, kad akis prisitaiko iki begalybės.

Akies akomodacija nėra begalinė. Žiedinio raumens pagalba akies optinė galia gali padidėti ne daugiau kaip 12 dioptrijų. Ilgai žiūrint į arti esančius objektus, akis pavargsta, ima atsipalaiduoti žiedinis raumuo ir daikto vaizdas susilieja.

Žmogaus akys leidžia aiškiai matyti objektus ne tik dienos šviesoje. Akies gebėjimas prisitaikyti prie tinklainės šviesai jautraus nervo galūnių įvairaus laipsnio dirginimo, t.y. prie įvairaus stebimų objektų ryškumo laipsnio vadinamas prisitaikymu.

Akių regėjimo ašių suartėjimas tam tikrame taške vadinamas konvergencija. Kai objektai yra dideliu atstumu nuo žmogaus, tada perkeliant akis nuo vieno objekto prie kito akių ašys praktiškai nesikeičia ir žmogus praranda galimybę teisingai nustatyti objekto padėtį. Kai objektai yra labai toli, akių ašys yra lygiagrečios, žmogus net negali nustatyti, ar objektas, į kurį jis žiūri, juda, ar ne. Tam tikrą vaidmenį nustatant kūnų padėtį vaidina ir žiedinio raumens jėga, kuri suspaudžia lęšį žiūrint į arti žmogaus esančius objektus.

Spektroskopas.

Spektrams stebėti naudojamas spektroskopas.

Labiausiai paplitęs prizminis spektroskopas susideda iš dviejų vamzdžių, tarp kurių yra trikampė prizmė.

Vamzdyje A, vadinamame kolimatoriumi, yra siauras plyšys, kurio plotį galima reguliuoti sukant varžtą. Prieš plyšį dedamas šviesos šaltinis, kurio spektras turi būti ištirtas. Plyšys yra kolimatoriaus plokštumoje, todėl šviesos spinduliai iš kolimatoriaus išeina lygiagrečio pluošto pavidalu. Praėję per prizmę, šviesos spinduliai nukreipiami į vamzdelį B, per kurį stebimas spektras. Jei spektroskopas skirtas matavimams, tada ant spektro vaizdo specialiu prietaisu uždedamas skalės su padalomis vaizdas, leidžiantis tiksliai nustatyti spalvų linijų padėtį spektre.

Optinis matavimo prietaisas.

Optinis matavimo prietaisas – tai matavimo priemonė, kurioje optinio veikimo principo prietaisu atliekamas taikymas (valdomo objekto ribų sulyginimas su plauko linija, kryželiu ir kt.) arba dydžio nustatymas. Yra trys optinių matavimo priemonių grupės: prietaisai, turintys optinio taikiklio principą ir mechaninį judėjimo pranešimo metodą; prietaisai su optiniu stebėjimu ir judėjimo pranešimu; prietaisai, turintys mechaninį kontaktą su matavimo prietaisu, su optiniu metodu, skirtu nustatyti sąlyčio taškų judėjimą.

Pirmieji prietaisai, kurie tapo plačiai paplitę, buvo projektoriai, skirti matuoti ir stebėti sudėtingų kontūrų ir mažų dydžių dalis.

Labiausiai paplitęs antrasis prietaisas yra universalus matavimo mikroskopas, kuriame matuojama dalis juda ant išilginio vežimėlio, o galvos mikroskopas – ant skersinio.

Trečiosios grupės prietaisai naudojami išmatuotiems tiesiniams dydžiams lyginti su matais ar svarstyklėmis. Paprastai jie jungiami pagal bendrąjį pavadinimą komparatoriai. Šiai prietaisų grupei priklauso optometras (optikas, matavimo mašina, kontaktinis interferometras, optinis nuotolio ieškiklis ir kt.).

Geodezijoje taip pat plačiai paplitę optiniai matavimo prietaisai (nivelis, teodolitas ir kt.).

Teodolitas – geodezinis instrumentas krypčių nustatymo ir horizontalių bei vertikalių kampų matavimui atliekant geodezinius darbus, topografinius ir geodezinius darbus, statybose ir kt.

Lygis – geodezinis instrumentas, skirtas taškų aukščiams žemės paviršiuje matuoti – niveliuoti, taip pat horizontalioms kryptims nustatyti montavimo metu ir kt. darbai.

Navigacijoje plačiai naudojamas sekstantas – goniometrinis veidrodį atspindintis instrumentas, skirtas matuoti dangaus kūnų aukščius virš horizonto arba kampus tarp matomų objektų, siekiant nustatyti stebėtojo vietos koordinates. Svarbiausia sekstanto savybė – galimybė vienu metu sujungti du objektus stebėtojo regėjimo lauke, tarp kurių matuojamas kampas, kas leidžia sekstantą naudoti lėktuve ar laive be pastebimo tikslumo sumažėjimo. net metimo metu.

Daug žadanti kryptis kuriant naujų tipų optinius matavimo prietaisus yra aprūpinti juos elektroniniais skaitymo įrenginiais, kurie leidžia supaprastinti skaitymą ir stebėjimą ir kt.

Išvada.

Optikos praktinė reikšmė ir įtaka kitoms žinių sritims yra nepaprastai didelė. Teleskopo ir spektroskopo išradimas atvėrė žmogui nuostabiausią ir turtingiausią reiškinių pasaulį, vykstantį didžiulėje Visatoje. Mikroskopo išradimas padarė perversmą biologijoje. Fotografija padėjo ir tebededa beveik visoms mokslo šakoms. Vienas iš svarbiausių mokslinės įrangos elementų yra objektyvas. Be jo nebūtų mikroskopo, teleskopo, spektroskopo, fotoaparato, kino, televizijos ir kt. nebūtų akinių, o daugelis vyresnių nei 50 metų žmonių nemokėtų skaityti ir dirbti daug darbų, kuriems reikalingas regėjimas.

Fizinės optikos tiriamų reiškinių spektras yra labai platus. Optiniai reiškiniai yra glaudžiai susiję su kitose fizikos šakose tiriamais reiškiniais, o optiniai tyrimo metodai yra vieni subtiliausių ir tiksliausių. Todėl nenuostabu, kad optika ilgą laiką vaidino pagrindinį vaidmenį daugelyje pagrindinių tyrimų ir pagrindinių fizinių vaizdų kūrimo. Pakanka pasakyti, kad abi pagrindinės praėjusio šimtmečio fizikinės teorijos – reliatyvumo teorijos ir kvantinės teorijos – atsirado ir didele dalimi vystėsi optinių tyrimų pagrindu. Lazerių išradimas atvėrė plačias naujas galimybes ne tik optikoje, bet ir jos pritaikyme įvairiose mokslo ir technologijų srityse.

Bibliografija. Artsybyshevas S.A. Fizika – M.: Medgizas, 1950 m.

Ždanovas L.S. Ždanovas G.L. Fizika vidurinio ugdymo įstaigoms - M.: Nauka, 1981 m.

Landsbergis G.S. Optika – M.: Nauka, 1976 m.

Landsbergis G.S. Pradinės fizikos vadovėlis. - M.: Nauka, 1986 m.

Prokhorovas A.M. Didžioji sovietinė enciklopedija. - M.: Tarybinė enciklopedija, 1974 m.

Sivukhin D.V. Bendrasis fizikos kursas: Optika - M.: Nauka, 1980 m.

- Optikos raidos istorija.

- Pagrindinės Niutono korpuskulinės teorijos nuostatos.

- Pagrindinės Huygenso bangų teorijos nuostatos.

- Požiūriai į šviesos prigimtį XIX – XX šimtmečius.

- Pagrindiniai optikos principai.

- Šviesos ir geometrinės optikos banginės savybės.

- Akis kaip optinė sistema.

- Spektroskopas.

- Optinis matavimo prietaisas.

- Išvada.

- Naudotos literatūros sąrašas.

Optikos raidos istorija.

Optika yra šviesos prigimties, šviesos reiškinių ir šviesos sąveikos su medžiaga tyrimas. Ir beveik visa jos istorija yra atsakymo paieškos: kas yra šviesa?

Tais pačiais metais buvo nustatyti šie faktai:

– šviesos sklidimo tiesumas;

– šviesos atspindžio reiškinys ir atspindžio dėsnis;

– šviesos lūžio reiškinys;

– įgaubto veidrodžio fokusavimo efektas.

Senovės graikai padėjo pamatus optikos šakai, kuri vėliau tapo žinoma kaip geometrinė.

žingsnis siekiant suprasti šviesos prigimtį.

Renesanso laikais buvo padaryta daug įvairių atradimų ir išradimų; Eksperimentinis metodas buvo pradėtas kurti kaip aplinkinio pasaulio tyrimo ir supratimo pagrindas.

Remiantis daugybe eksperimentinių faktų, XVII amžiaus viduryje iškilo dvi hipotezės apie šviesos reiškinių prigimtį:

– korpuskulinė, kuri manė, kad šviesa yra dalelių srautas, kurį dideliu greičiu išstumia šviečiantys kūnai;

- banga, kuri teigė, kad šviesa yra specialios šviečiančios terpės - eterio - išilginiai svyruojantys judesiai, sužadinami šviečiančio kūno dalelių virpesių.

Visa tolesnė šviesos doktrinos raida iki šių dienų yra šių hipotezių, kurių autoriai buvo I. Niutonas ir H. Huygensas, raidos ir kovos istorija.

Pagrindinės Niutono korpuskulinės teorijos nuostatos:

1) Šviesą sudaro mažos medžiagos dalelės, kurias visomis kryptimis tiesiomis linijomis arba spinduliais skleidžia šviečiantis kūnas, pavyzdžiui, deganti žvakė. Jei šie spinduliai, susidedantys iš kraujo kūnelių, patenka į mūsų akį, tada matome jų šaltinį (1 pav.).

2) Šviesos ląstelės yra skirtingo dydžio. Didžiausios dalelės, patekusios į akį, suteikia raudonos spalvos pojūtį, mažiausios – violetinę.

3) Balta spalva yra visų spalvų mišinys: raudona, oranžinė, geltona, žalia, mėlyna, indigo, violetinė.

4) Šviesos atspindys nuo paviršiaus atsiranda dėl to, kad ląstelės atsispindi nuo sienos pagal absoliutaus tamprumo dėsnį (2 pav.).

5) Šviesos lūžio reiškinys paaiškinamas tuo, kad terpės dalelės traukia korpusus. Kuo tankesnė terpė, tuo mažesnis lūžio kampas yra kritimo kampas.

7) Niutonas išdėstė būdus, kaip paaiškinti dvigubą refrakciją, iškeldamas hipotezę, kad šviesos spinduliai turi „skirtingas puses“ - tai ypatinga savybė, dėl kurios jie skiriasi lūžimu, kai jie praeina per dvigubą lūžį.

Pagrindiniai Huygenso šviesos bangų teorijos principai.

1) Šviesa yra tamprių periodinių impulsų sklidimas eteryje. Šie impulsai yra išilginiai ir panašūs į garso impulsus ore.

2) Eteris yra hipotetinė terpė, užpildanti dangaus erdvę ir tarpus tarp kūnų dalelių. Jis yra nesvarus, nepaklūsta visuotinės gravitacijos dėsniams ir turi didelį elastingumą.

3) Eterio virpesių sklidimo principas yra toks, kad kiekvienas jo taškas, kurį pasiekia sužadinimas, yra antrinių bangų centras. Šios bangos yra silpnos, o poveikis pastebimas tik ten, kur jų apvalkalas praeina

paviršius – bangos frontas (Huygenso principas) (3 pav.).

Šviesos bangos, sklindančios tiesiai iš šaltinio, sukelia regėjimo pojūtį.

Labai svarbus taškas Huygenso teorijoje buvo prielaida, kad šviesos sklidimo greitis yra baigtinis. Naudodamasis savo principu, mokslininkas sugebėjo paaiškinti daugelį geometrinės optikos reiškinių:

– šviesos atspindžio reiškinys ir jo dėsniai;

– šviesos lūžio reiškinys ir jo dėsniai;

– visiško vidinio atspindžio fenomenas;

– dvigubos refrakcijos reiškinys;

– šviesos spindulių nepriklausomumo principas.

Huygenso teorija pateikė tokią terpės lūžio rodiklio išraišką:

Iš formulės aišku, kad šviesos greitis turėtų priklausyti atvirkščiai nuo absoliučios terpės vertės. Ši išvada buvo priešinga išvadai, kylančiai iš Niutono teorijos. Žemas eksperimentinės technologijos lygis XVII amžiuje neleido nustatyti, kuri teorija yra teisinga.

Daugelis abejojo Huygenso bangų teorija, tačiau tarp nedaugelio banginių požiūrių į šviesos prigimtį šalininkų buvo M. Lomonosovas ir L. Euleris. Atlikus šių mokslininkų tyrimus, Huygenso teorija pradėjo formuotis kaip bangų teorija, o ne tik aperiodinių virpesių, sklindančių eteryje.

Požiūriai į šviesos prigimtį XIX - XX šimtmečius.

1801 metais T. Jungas atliko eksperimentą, kuris nustebino viso pasaulio mokslininkus (4 pav.)

S – šviesos šaltinis;

E – ekranas;

B ir C yra labai siauri plyšiai, išdėstyti vienas nuo kito 1–2 mm atstumu.

Pagrindiniai Frenelio bangų teorijos principai.

– Šviesa – virpesių sklidimas eteryje greičiu, kuriame yra eterio tamprumo modulis, r– eterio tankis;

– Šviesos bangos yra skersinės;

– Lengvasis eteris turi elastingo-kieto kūno savybes ir yra absoliučiai nesuspaudžiamas.

Pereinant iš vienos terpės į kitą, eterio elastingumas nekinta, bet keičiasi jo tankis. Santykinis medžiagos lūžio rodiklis.

Skersiniai virpesiai gali atsirasti vienu metu visomis bangos sklidimo krypčiai statmenomis kryptimis.

Fresnelio darbai pelnė mokslininkų pripažinimą. Netrukus pasirodė daugybė eksperimentinių ir teorinių darbų, patvirtinančių šviesos banginį pobūdį.

– šviesos spinduliavimas yra diskretiško pobūdžio;

– absorbcija taip pat vyksta atskiromis porcijomis, kvantais.

Kiekvieno kvanto energija pavaizduota formule E = h n, Kur h yra Planko konstanta ir n yra šviesos dažnis.

Praėjus penkeriems metams po Plancko, buvo paskelbtas vokiečių fiziko Einšteino darbas apie fotoelektrinį efektą. Einšteinas tikėjo:

– šviesa, kuri dar nesąveikavo su medžiaga, turi granuliuotą struktūrą;

– diskrečios šviesos spinduliuotės struktūrinis elementas yra fotonas.

Taip atsirado nauja kvantinė šviesos teorija, gimusi remiantis Niutono korpuskuline teorija. Kvantas veikia kaip kūnelis.

Pagrindinės nuostatos.

– Šviesa skleidžiama, sklinda ir sugeriama atskiromis dalimis – kvantais.

– Šviesos kvantas – fotonas neša energiją, proporcingą bangos dažniui, kuriuo jį apibūdina elektromagnetinė teorija E = h n .

– Fotonas turi masę (), impulsą ir kampinį momentą ().

– Fotonas, kaip dalelė, egzistuoja tik judėdamas, kurio greitis yra šviesos sklidimo greitis tam tikroje terpėje.

– Visoms sąveikoms, kuriose dalyvauja fotonas, galioja bendrieji energijos ir impulso tvermės dėsniai.

– Elektronas atome gali būti tik kai kuriose atskirose stabiliose stacionariose būsenose. Būdamas nejudančiose būsenose, atomas nespinduliuoja energijos.

– Pereidamas iš vienos stacionarios būsenos į kitą, atomas skleidžia (sugeria) fotoną, kurio dažnis (kur E1 Ir E2– pradinės ir galutinės būsenos energijos).

Pastarųjų metų pasiekimai optikos srityje buvo įmanomi dėl kvantinės fizikos ir bangų optikos plėtros. Šiais laikais šviesos teorija toliau tobulėja.

Optika yra fizikos šaka, tirianti šviesos savybes ir fizikinę prigimtį, taip pat jos sąveiką su medžiaga.

Šviesos pluošto sąvoką galima gauti nagrinėjant tikrą šviesos spindulį vienalytėje terpėje, nuo kurios diafragma išskiriamas siauras lygiagretus spindulys. Kuo mažesnis šių skylių skersmuo, tuo izoliuotas spindulys siauresnis, o riboje, einant į norimas mažas skylutes, atrodytų, kad šviesos spindulį galima gauti kaip tiesią liniją. Bet toks savavališkai siauro pluošto (spindulio) izoliavimo procesas neįmanomas dėl difrakcijos reiškinio. Neišvengiamas tikrojo šviesos pluošto, praeinančio per D skersmens diafragmą, kampinį plėtimąsi lemia difrakcijos kampas j ~ l / D. Tik kraštutiniu atveju, kai l=0, toks plėtimasis neįvyktų, o apie spindulį būtų galima kalbėti kaip apie geometrinę liniją, kurios kryptis lemia šviesos energijos sklidimo kryptį.

Taigi, šviesos spindulys yra abstrakti matematinė sąvoka, o geometrinė optika yra apytikslis ribinis atvejis, į kurį patenka bangų optika, kai šviesos bangos ilgis linkęs į nulį.

Akis kaip optinė sistema.

Žmogaus regėjimo organas yra akys, kurios daugeliu atžvilgių yra labai pažangi optinė sistema.

Taigi žmogaus akies „fokusavimas“ atliekamas keičiant lęšio optinę galią naudojant žiedinį raumenį. Akies optinės sistemos gebėjimas sukurti skirtingus objektus, esančius skirtingais atstumais nuo jos, yra akomodacija (iš lotynų kalbos „akomodacija“ - adaptacija). Žiūrint labai tolimus objektus, į akį patenka lygiagretūs spinduliai. Šiuo atveju sakoma, kad akis prisitaiko iki begalybės.

diapazonas oskopas.

Spektrams stebėti naudojamas spektroskopas.

Labiausiai paplitęs prizminis spektroskopas susideda iš dviejų vamzdelių, tarp kurių patalpinta trikampė prizmė (7 pav.).

Pirmieji prietaisai, kurie tapo plačiai paplitę, buvo projektoriai, skirti matuoti ir stebėti sudėtingų kontūrų ir mažų dydžių dalis.

Labiausiai paplitęs antrasis prietaisas yra universalus matavimo mikroskopas, kuriame matuojama dalis juda ant išilginio vežimėlio, o galvos mikroskopas – ant skersinio.

Geodezijoje taip pat plačiai paplitę optiniai matavimo prietaisai (nivelis, teodolitas ir kt.).

Teodolitas – geodezinis instrumentas krypčių nustatymo ir horizontalių bei vertikalių kampų matavimui atliekant geodezinius darbus, topografinius ir geodezinius darbus, statybose ir kt.

Lygis – geodezinis instrumentas, skirtas taškų aukščiams žemės paviršiuje matuoti – niveliuoti, taip pat horizontalioms kryptims nustatyti montavimo metu ir kt. darbai.

Daug žadanti kryptis kuriant naujų tipų optinius matavimo prietaisus yra aprūpinti juos elektroniniais skaitymo įrenginiais, kurie leidžia supaprastinti skaitymą ir stebėjimą ir kt.

Išvada.

Maskvos švietimo komitetas

Pasaulis O R T

Maskvos technologijos koledžas

Gamtos mokslų katedra

Baigiamasis fizikos darbas

Apie temą :

Atlieka 14 grupės mokinė: Ryazantseva Oksana

Mokytojas: Gruzdeva L.N.

- Artsybyshevas S.A. Fizika – M.: Medgizas, 1950 m.

- Ždanovas L.S. Ždanovas G.L. Fizika vidurinio ugdymo įstaigoms - M.: Nauka, 1981 m.

- Landsbergis G.S. Optika – M.: Nauka, 1976 m.

- Landsbergis G.S. Pradinės fizikos vadovėlis. - M.: Nauka, 1986 m.

- Prokhorovas A.M. Didžioji sovietinė enciklopedija. - M.: Tarybinė enciklopedija, 1974 m.

- Sivukhin D.V. Bendrasis fizikos kursas: Optika - M.: Nauka, 1980 m.