Kā fizikas optika palīdz cilvēkiem. Optika kā fizikas nozare. Kvantu un fizioloģiskā optika

Senie zinātnieki, kas dzīvoja 5. gadsimtā pirms mūsu ēras, ierosināja, ka dabā un šajā pasaulē viss ir nosacīts, un tikai atomus un tukšumu var saukt par realitāti. Līdz šim ir saglabājušies nozīmīgi vēsturiski dokumenti, kas apstiprina priekšstatu par gaismas struktūru kā pastāvīgu daļiņu plūsmu, kam ir noteiktas fizikālās īpašības. Tomēr pats termins “optika” parādīsies daudz vēlāk. Tādu filozofu kā Demokrits un Eiklīds sēklas, kas iesētas, apzinoties visu uz zemes notiekošo procesu struktūru, ir sadīgušas. Tikai 19. gadsimta sākumā klasiskā optika spēja iegūt tai raksturīgās iezīmes, kuras atpazīst mūsdienu zinātnieki, un parādījās kā pilnvērtīga zinātne.

1. definīcija

Optika ir milzīga fizikas nozare, kas pēta un aplūko parādības, kas tieši saistītas ar spēcīgu elektromagnētisko viļņu izplatīšanos redzamajā spektrā, kā arī tam tuvajos diapazonos.

Šīs sadaļas galvenā klasifikācija atbilst gaismas īpašās struktūras doktrīnas vēsturiskajai attīstībai:

ģeometriskais – 3.gs.pmē. (Eiklids);
fiziskais – 17.gs (Huygens);
kvants – 20. gadsimts (Planks).

Optika pilnībā raksturo gaismas refrakcijas īpašības un izskaidro parādības, kas tieši saistītas ar šo jautājumu. Optisko sistēmu metodes un principi tiek izmantoti daudzās lietišķās disciplīnās, tostarp fizikā, elektrotehnikā un medicīnā (īpaši oftalmoloģijā). Šajās, kā arī starpdisciplinārajās jomās ārkārtīgi populāri ir lietišķās optikas sasniegumi, kas līdzās precīzajai mehānikai rada stabilu pamatu optiski-mehāniskajai nozarei.

Gaismas daba

Optika tiek uzskatīta par vienu no pirmajām un galvenajām fizikas nozarēm, kurā tika prezentēti seno ideju ierobežojumi par dabu.

Rezultātā zinātnieki varēja noteikt dabas parādību un gaismas dualitāti:

gaismas korpuskulārā hipotēze, kas cēlusies no Ņūtona, pēta šo procesu kā elementārdaļiņu - fotonu plūsmu, kur absolūti jebkurš starojums tiek veikts diskrēti, un dotās enerģijas minimālajai jaudas daļai ir frekvence un lielums, kas atbilst izstarotās gaismas intensitāte;
Gaismas viļņu teorija, kuras izcelsme ir Huygens, ietver gaismas jēdzienu kā paralēlu monohromatisko elektromagnētisko viļņu kopumu, kas novērots optiskās parādībās un attēlots šo viļņu darbības rezultātā.

Ar šādām gaismas īpašībām starojuma spēka un enerģijas pārejas neesamība cita veida enerģijā tiek uzskatīta par pilnīgi normālu procesu, jo elektromagnētiskie viļņi interferences parādību telpiskajā vidē mijiedarbojas viens ar otru, jo gaismas efekti turpinās. izplatīties, nemainot to specifiku.

Elektriskā un magnētiskā starojuma viļņu un korpuskulārās hipotēzes atrada savu pielietojumu Maksvela zinātniskajos darbos vienādojumu veidā.

Šī jaunā gaismas kā pastāvīgi kustīga viļņa koncepcija ļauj izskaidrot procesus, kas saistīti ar difrakciju un traucējumiem, tostarp gaismas lauka struktūru.

Gaismas īpašības

Gaismas viļņa $\lambda$ garums ir tieši atkarīgs no šīs parādības kopējā izplatīšanās ātruma telpiskajā vidē $v$ un ir saistīts ar frekvenci $\nu$ ar šādu sakarību:

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

kur $n$ ir vides refrakcijas parametrs. Kopumā šis indikators ir elektromagnētiskā viļņa garuma pamatfunkcija: $n=n(\lambda)$.

Refrakcijas indeksa atkarība no viļņa garuma izpaužas kā sistemātiskas gaismas izkliedes parādība. Universāls un vēl maz pētīts jēdziens fizikā ir gaismas ātrums $c$. Tās īpašā nozīme absolūtā tukšumā atspoguļo ne tikai spēcīgu elektromagnētisko frekvenču izplatīšanās maksimālo ātrumu, bet arī maksimālo informācijas izplatīšanas intensitāti vai citu fizisko ietekmi uz materiāliem objektiem. Palielinoties gaismas plūsmas kustībai dažādos apgabalos, gaismas sākotnējais ātrums $v$ bieži samazinās: $v = \frac (c)(n)$.

Galvenās gaismas īpašības ir:

spektrālais un kompleksais sastāvs, ko nosaka gaismas viļņu garumu skala;
polarizācija, ko nosaka elektriskā vektora telpiskās vides vispārējās izmaiņas viļņu izplatīšanās ceļā;
gaismas stara izplatīšanās virziens, kam jāsakrīt ar viļņu fronti, ja nav divkāršās laušanas.

Kvantu un fizioloģiskā optika

Ideja par detalizētu elektromagnētiskā lauka aprakstu, izmantojot kvantus, parādījās 20. gadsimta sākumā, un to izteica Makss Planks. Zinātnieki ir ierosinājuši, ka pastāvīga gaismas emisija tiek veikta caur noteiktām daļiņām - kvantiem. Pēc 30 gadiem tika pierādīts, ka gaisma tiek ne tikai daļēji un paralēli izstarota, bet arī absorbēta.

Tas Albertam Einšteinam deva iespēju noteikt gaismas diskrēto struktūru. Mūsdienās zinātnieki gaismas kvantus sauc par fotoniem, un pati plūsma tiek uzskatīta par neatņemamu elementu grupu. Tādējādi kvantu optikā gaisma tiek uzskatīta gan par daļiņu plūsmu, gan par viļņiem vienlaikus, jo tādus procesus kā traucējumi un difrakcija nevar izskaidrot ar vienu fotonu plūsmu.

20. gadsimta vidū Brown-Twiss pētnieciskā darbība ļāva precīzāk noteikt kvantu optikas izmantošanas jomu. Zinātnieka darbs ir pierādījis, ka noteikts skaits gaismas avotu, kas izstaro fotonus diviem fotodetektoriem un dod pastāvīgu skaņas signālu par elementu reģistrāciju, var likt ierīcēm darboties vienlaikus.

Neklasiskās gaismas praktiskas izmantošanas ieviešana ir novedusi pētniekus pie neticamiem rezultātiem. Šajā sakarā kvantu optika ir unikāla mūsdienu joma ar milzīgām pētniecības un pielietojuma iespējām.

1. piezīme

Mūsdienu optika jau sen ir iekļāvusi daudzas zinātniskās pasaules un attīstības jomas, kas ir pieprasītas un populāras.

Šīs optikas zinātnes jomas ir tieši saistītas ar gaismas elektromagnētiskajām vai kvantu īpašībām, ieskaitot citas jomas.

2. definīcija

Fizioloģiskā optika ir jauna starpdisciplināra zinātne, kas pēta gaismas vizuālo uztveri un apvieno informāciju no bioķīmijas, biofizikas un psiholoģijas.

Ņemot vērā visus optikas likumus, šī zinātnes sadaļa ir balstīta uz šīm zinātnēm un tai ir īpašs praktiskais virziens. Tiek pētīti vizuālā aparāta elementi, un īpaša uzmanība tiek pievērsta unikālām parādībām, piemēram, optiskajai ilūzijai un halucinācijām. Darba rezultāti šajā jomā tiek izmantoti fizioloģijā, medicīnā, optiskajā inženierijā un filmu industrijā.

Mūsdienās vārdu optika biežāk lieto kā veikala nosaukumu. Likumsakarīgi, ka šādos specializētos punktos ir iespējams iegādāties dažādas tehniskās optikas ierīces - lēcas, brilles, redzes aizsardzības mehānismus. Šajā posmā veikalos ir moderns aprīkojums, kas ļauj precīzi noteikt redzes asumu uz vietas, kā arī apzināt esošās problēmas un to novēršanas veidus.

ABSOLŪTI MELNS ĶERMENIS– ķermeņa mentāls modelis, kas jebkurā temperatūrā pilnībā absorbē visu uz to krītošo elektromagnētisko starojumu neatkarīgi no spektrālā sastāva. Radiācija A.h.t. nosaka tikai tā absolūtā temperatūra un nav atkarīga no vielas rakstura.

BALTA GAISMA- komplekss elektromagnētiskais starojums , izraisot cilvēka acīs neitrālu krāsu sajūtu.

REDZAMS STAROJUMS- optiskais starojums ar viļņu garumu 380–770 nm, kas spēj radīt redzes sajūtu cilvēka acīs.

Stimulēta EMISIJA, inducētais starojums - elektromagnētisko viļņu emisija, ko rada vielas daļiņas (atomi, molekulas u.c.), kas atrodas ierosinātā stāvoklī, t.i. nelīdzsvarots stāvoklis ārējā virzošā starojuma ietekmē. In un. saskaņoti (sk saskaņotību) ar piespiedu starojumu un noteiktos apstākļos var izraisīt elektromagnētisko viļņu pastiprināšanos un rašanos. Skatīt arī kvantu ģenerators.

HOLOGRAMMS- uz fotoplates ierakstīts traucējumu modelis, ko veido divi koherenti viļņi (sk. saskaņotību): atskaites vilnis un vilnis, kas atstarots no objekta, ko apgaismo viens un tas pats gaismas avots. Rekonstruējot G., mēs uztveram objekta trīsdimensiju attēlu.

HOLOGRĀFIJA- metode objektu trīsdimensiju attēlu iegūšanai, pamatojoties uz šo objektu atspoguļotās viļņu frontes reģistrāciju un sekojošu rekonstrukciju. Hologrammas iegūšana ir balstīta uz.

HUIGENA PRINCIPS- metode, kas ļauj jebkurā laikā noteikt viļņu frontes stāvokli. Saskaņā ar g.p. visi punkti, caur kuriem viļņu fronte iet laikā t, ir sekundāro sfērisko viļņu avoti, un vēlamā viļņu frontes pozīcija laikā t+Dt sakrīt ar virsmu, kas aptver visus sekundāros viļņus. Ļauj izskaidrot gaismas atstarošanas un laušanas likumus.

HUYGENS - FRESNEL - PRINCIPS- aptuvenā metode viļņu izplatīšanās problēmu risināšanai. G.-F. lpp. teikts: jebkurā punktā, kas atrodas ārpus patvaļīgas slēgtas virsmas, kas aptver punktveida gaismas avotu, šī avota ierosinātais gaismas vilnis var tikt attēlots kā sekundāro viļņu interferences rezultāts, ko izstaro visi noteiktās slēgtās virsmas punkti. Ļauj atrisināt vienkāršas problēmas.

VIEGLS SPIEDIENS - spiediens, ko rada gaisma uz apgaismotas virsmas. Spēlē nozīmīgu lomu kosmiskajos procesos (komētu astes veidošanās, lielu zvaigžņu līdzsvars utt.).

FAKTISKAIS ATTĒLS- cm. .

DIAFRAGMA- ierīce gaismas stara ierobežošanai vai maiņai optiskā sistēmā (piemēram, acs zīlīte, objektīva rāmis, kameras objektīvs).

GAISMAS IZKLĀDE- absolūtā atkarība refrakcijas indekss vielas no gaismas frekvences. Ir atšķirība starp parasto starojumu, kurā gaismas viļņa ātrums samazinās, palielinoties frekvencei, un anomālo starojumu, kurā viļņa ātrums palielinās. Sakarā ar D.s. Šaurs baltas gaismas stars, kas iet caur prizmu, kas izgatavots no stikla vai citas caurspīdīgas vielas, sadalās izkliedējošā spektrā, veidojot uz ekrāna varavīksnes joslu.

DIFRAKCIJAS REŽĪGS- fiziska ierīce, kas ir liela skaita paralēlu vienāda platuma sitienu kopums, kas uzklāts uz caurspīdīgas vai atstarojošas virsmas vienādā attālumā viens no otra. Rezultātā uz D.r. Veidojas difrakcijas spektrs - mainīgi gaismas intensitātes maksimumi un minimumi.

GAISMAS DIFRAKCIJA- parādību kopums, ko izraisa gaismas viļņveida raksturs un kas tiek novērots, kad tā izplatās vidē ar izteiktu neviendabīgumu (piemēram, izejot cauri caurumiem, necaurredzamu ķermeņu robežu tuvumā utt.). Šaurā nozīmē saskaņā ar D.s. izprast gaismas izliekšanos ap maziem šķēršļiem, t.i. novirze no ģeometriskās optikas likumiem. Spēlē nozīmīgu lomu optisko instrumentu darbībā, ierobežojot tos izšķirtspēju.

DOPLERA EFEKTS– pārmaiņu fenomens vibrācijas frekvences skaņa vai elektromagnētiskie viļņi, ko novērotājs uztver novērotāja un viļņu avota savstarpējās kustības dēļ. Tuvojoties tiek konstatēts frekvences pieaugums, un, attālinoties, tiek konstatēts samazinājums.

DABĪGA GAISMA- nesakarīgu gaismas viļņu kopums ar visām iespējamām vibrāciju plaknēm un ar vienādu vibrācijas intensitāti katrā no šīm plaknēm. E.s. izstaro gandrīz visi dabiskie gaismas avoti, jo tie sastāv no liela skaita dažādi orientētu starojuma centru (atomu, molekulu), kas izstaro gaismas viļņus, kuru vibrāciju fāze un plakne var pieņemt visas iespējamās vērtības. Skatīt arī gaismas polarizācija, saskaņotība.

OPTISKAIS SPOGULIS– korpuss ar pulētu vai ar atstarojošu slāni (sudrabu, zeltu, alumīniju utt.) pārklātu virsmu, uz kuras notiek tuvu spoguļatstarošanās (sk. pārdomas).

ATTĒLU OPTIKA– objekta attēls, kas iegūts optiskās sistēmas (lēcu, spoguļu) darbības rezultātā uz objekta izstarotajiem vai atstarotajiem gaismas stariem. Ir atšķirība starp reālo (to iegūst uz acs ekrāna vai tīklenes, kad stari, kas iet caur optisko sistēmu, krustojas) un iedomātu informāciju. . (iegūts staru turpinājumu krustpunktā).

GAISMAS TRAUCĒJUMI- divu vai vairāku superpozīcijas parādība saskaņota vienā plaknē lineāri polarizēti gaismas viļņi, kuros iegūtā gaismas viļņa enerģija tiek pārdalīta telpā atkarībā no šo viļņu fāžu attiecības. I.S. rezultātu, kas novērots uz ekrāna vai fotoplates, sauc par traucējumu modeli. I. baltā gaisma noved pie varavīksnes raksta veidošanās (plānu kārtiņu krāsas utt.). Atrod pielietojumu hologrāfijā, optikas tīrīšanai utt.

INFRARARANAIS STAROJUMS - elektromagnētiskā radiācija ar viļņu garumu no 0,74 mikroniem līdz 1-2 mm. Izstaro visi ķermeņi, kuru temperatūra pārsniedz absolūto nulli (termiskais starojums).

GAISMAS KVANTS- Tāpat kā fotons.

KOLIMATORS- optiskā sistēma, kas paredzēta paralēlu staru kūļa radīšanai.

COMPTON EFEKTS- īsu viļņu garuma elektromagnētiskā starojuma (rentgena un gamma starojuma) izkliedes parādība uz brīvajiem elektroniem, ko pavada palielināšanās viļņa garums.

LĀZERS, optiskais kvantu ģenerators - kvantu ģenerators elektromagnētiskais starojums optiskajā diapazonā. Rada monohromatisku koherentu elektromagnētisko starojumu, kam ir šaurs virziens un ievērojams jaudas blīvums. To izmanto optiskajā diapazonā, cietu un ugunsizturīgu materiālu apstrādei, ķirurģijā, spektroskopijā un hologrāfijā, plazmas sildīšanai. Trešd. Maser.

LĪNIJU SPEKTRA- spektri, kas sastāv no atsevišķām šaurām spektra līnijām. Izstaro vielas atomu stāvoklī.

LĒCIJA optiskais - caurspīdīgs korpuss, ko ierobežo divas izliektas (parasti sfēriskas) vai izliektas un plakanas virsmas. Lēcu sauc par plānu, ja tā biezums ir mazs salīdzinājumā ar tā virsmu izliekuma rādiusiem. Izšķir saplūstošos (pārvēršot paralēlu staru kūli saplūstošā) un diverģējošos (pārvēršot paralēlu staru kūli atdalošā) lēcas. Tos izmanto optiskajos, optiski mehāniskajos un fotoinstrumentos.

Palielināmais stikls- kolekcionēšana objektīvs vai objektīvu sistēma ar īsu fokusa attālumu (10 - 100 mm), nodrošina 2 - 50x palielinājumu.

RAY– iedomāta līnija, pa kuru tuvinājumā izplatās starojuma enerģija ģeometriskā optika, t.i. ja netiek novērotas difrakcijas parādības.

MASER - kvantu ģenerators elektromagnētiskais starojums centimetru diapazonā. To raksturo augsta vienkrāsainība, saskaņotība un šaura starojuma virzība. To izmanto radiosakaros, radioastronomijā, radaros, kā arī kā stabilu frekvenču svārstību ģeneratoru. Trešd. .

MIKELSONA PIEREDZE- eksperiments, kas paredzēts, lai izmērītu Zemes kustības ietekmi uz vērtību gaismas ātrums. Negatīvs rezultāts M.o. kļuva par vienu no eksperimentu vietām relativitātes teorija.

MIKROSKOPS- optiska ierīce nelielu, ar neapbruņotu aci neredzamu objektu novērošanai. Mikroskopa palielinājums ir ierobežots un nepārsniedz 1500. Sk. elektronu mikroskops.

VIMARY IMAGE- cm. .

MONOHROMATISKS STAROJUMS- mentālais modelis elektromagnētiskā radiācija viena noteikta frekvence. Strogogo M.I. neeksistē, jo jebkurš reāls starojums ir ierobežots laikā un aptver noteiktu frekvenču diapazonu. Starojuma avoti tuvu m. - kvantu ģeneratori.

OPTIKA- fizikas nozare, kas pēta gaismas (optisko) parādību modeļus, gaismas būtību un tās mijiedarbību ar matēriju.

OPTISKĀ ASS- 1) GALVENĀ - taisna līnija, uz kuras atrodas optisko sistēmu veidojošo refrakcijas vai atstarojošo virsmu centri; 2) SIDE - jebkura taisna līnija, kas iet caur plānas lēcas optisko centru.

OPTISKĀ JAUDA lēcas - lielums, ko izmanto, lai aprakstītu lēcas refrakcijas efektu un apgriezto efektu fokusa attālums. D=1/F. To mēra dioptrijās (Dopteros).

OPTISKAIS STAROJUMS- elektromagnētiskais starojums, kura viļņu garums ir diapazonā no 10 nm līdz 1 mm. K o.i. attiecas infrasarkanais starojums, , .

GAISMAS ATSTAROJUMS– gaismas viļņa atgriešanās process, kad tas nokrīt uz saskarnes starp diviem medijiem, kuriem ir atšķirīgas refrakcijas rādītāji. atpakaļ sākotnējā vidē. Paldies o.s. mēs redzam ķermeņus, kas neizstaro gaismu. Izšķir spoguļatstarošanos (paralēls staru kūlis paliek paralēls pēc atstarošanas) un difūzo atstarošanos (paralēlais stars tiek pārveidots par diverģentu).

– parādība, kas novērota gaismas pārejas laikā no optiski blīvāka vides uz optiski mazāk blīvu, ja krišanas leņķis ir lielāks par krišanas ierobežojošo leņķi, kur n – otrās vides refrakcijas indekss attiecībā pret pirmo. Šajā gadījumā gaisma tiek pilnībā atstarota no saskarnes starp datu nesējiem.

VIĻŅU ATSKAIDROJUMU LIKUMS- krītošais stars, atstarotais stars un perpendikuls, kas pacelts līdz stara krišanas punktam, atrodas vienā plaknē, un krišanas leņķis ir vienāds ar laušanas leņķi. Likums ir spēkā spoguļatspoguļošanai.

GAISMAS ABSORBCE- gaismas viļņa enerģijas samazināšanās laikā, kad tas izplatās vielā, kas rodas viļņa enerģijas pārvēršanas rezultātā iekšējā enerģija sekundārā starojuma vielas vai enerģija, kam ir atšķirīgs spektrālais sastāvs un atšķirīgs izplatīšanās virziens.

1) ABSOLUTE - vērtība, kas vienāda ar gaismas ātruma vakuumā attiecību pret gaismas fāzes ātrumu noteiktā vidē: . Atkarīgs no vides ķīmiskā sastāva, tā stāvokļa (temperatūra, spiediens utt.) un gaismas frekvences (sk. viegla dispersija).2) RELATĪVAIS — (otrās vides p.p. attiecībā pret pirmo) vērtība, kas vienāda ar fāzes ātruma attiecību pirmajā vidē un fāzes ātrumu otrajā: . O.p.p. vienāds ar otrās vides absolūtā refrakcijas koeficienta attiecību pret absolūto p.p. spalvu vide.

GAISMAS POLARIZĀCIJA– parādība, kas noved pie elektriskā lauka intensitātes vektoru sakārtošanās un gaismas viļņa magnētiskās indukcijas plaknē, kas ir perpendikulāra gaismas staram. Visbiežāk tas notiek gaismas atstarošanas un laušanas laikā, kā arī gaismas izplatīšanās laikā anizotropā vidē.

GAISMAS REFRAKCIJA- parādība, kas sastāv no gaismas (elektromagnētiskā viļņa) izplatīšanās virziena izmaiņām, pārvietojoties no vienas vides uz citu, kas atšķiras no pirmās refrakcijas indekss. Refrakcijas likums ir izpildīts: krītošais stars, lauztais stars un perpendikuls, kas pacelts līdz stara krišanas punktam, atrodas vienā plaknē, un šīm divām vidēm ir krišanas leņķa sinusa attiecība pret stara krišanas punktu. laušanas leņķa sinuss ir nemainīga vērtība, ko sauc relatīvais refrakcijas indekss otrā vide attiecībā pret pirmo. Refrakcijas iemesls ir fāzes ātruma atšķirības dažādās vidēs.

OPTISKĀ PRIZMA- ķermenis, kas izgatavots no caurspīdīgas vielas, ko ierobežo divas neparalēlas plaknes, uz kurām laužas gaisma. Izmanto optiskajos un spektrālajos instrumentos.

STRUKTA ATŠĶIRĪBA– fizikāls lielums, kas vienāds ar divu gaismas staru optiskā ceļa garumu starpību.

GAISMAS IZkliede- parādība, kas sastāv no gaismas stara novirzes, kas izplatās vidē visos iespējamos virzienos. To izraisa vides neviendabīgums un gaismas mijiedarbība ar vielas daļiņām, kuras laikā mainās gaismas viļņa izplatīšanās virziens, frekvence un svārstību plakne.

GAISMA, gaismas starojums – kas var izraisīt vizuālu sajūtu.

GAISMAS VILNIS - elektromagnētiskais vilnis redzamā starojuma viļņu garuma diapazonā. Frekvence (frekvenču kopa) r.v. nosaka krāsu, enerģiju r.v. ir proporcionāls tā amplitūdas kvadrātam.

GAISMAS CEĻVEDIS- gaismas pārraides kanāls, kura izmēri ir daudzkārt lielāki par gaismas viļņa garumu. Gaisma ciemā izplatās pilnīgas iekšējās atstarošanas dēļ.

GAISMAS ĀTRUMS vakuumā (c) - viena no pamata fizikālajām konstantēm, kas vienāda ar elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrumu vakuumā. s=(299 792 458 ± 1,2) m/s. S.s. - jebkuras fiziskās mijiedarbības maksimālais izplatīšanās ātrums.

OPTISKAIS SPEKTRS- noteikta ķermeņa optiskā starojuma intensitātes (emisijas spektra) vai gaismas absorbcijas intensitātes sadalījums pēc frekvences (vai viļņa garuma), kad tā iet caur vielu (absorbcijas spektrs). Ir S.O.: izklāta, sastāv no atsevišķām spektra līnijām; svītrainām, kas sastāv no grupām (svītras) cieši saistīti spektrālās līnijas; ciets, kas atbilst starojumam (emisijai) vai gaismas absorbcijai plašā frekvenču diapazonā.

SPEKTRĀLĀS LĪNIJAS- šauri posmi optiskajos spektros, kas atbilst gandrīz vienai frekvencei (viļņa garumam). Katrs S. l. atbilst noteiktam kvantu pāreja.

SPEKTRĀLĀ ANALĪZE- vielu ķīmiskā sastāva kvalitatīvās un kvantitatīvās analīzes fizikālā metode, pamatojoties uz to izpēti optiskie spektri. Tas ir ļoti jutīgs un tiek izmantots ķīmijā, astrofizikā, metalurģijā, ģeoloģiskajā izpētē uc Teorētiskais pamats S. a. ir .

SPEKTROGRĀFS- optiska ierīce starojuma spektra iegūšanai un vienlaicīgai reģistrēšanai. S. galvenā daļa - optiskā prizma vai .

SPEKTROSKOPS- optiska ierīce starojuma spektra vizuālai novērošanai. Objektīva galvenā daļa ir optiskā prizma.

SPEKTROSKOPIJA- fizikas nozare, kas studē optiskie spektri lai noskaidrotu atomu, molekulu, kā arī vielas uzbūvi tās dažādajos agregācijas stāvokļos.

PALIELINĀT optiskā sistēma - optiskās sistēmas radītā attēla izmēra attiecība pret objekta patieso izmēru.

ULTRAVIOLETAIS STAROJUMS- elektromagnētiskais starojums ar viļņa garumu vakuumā no 10 nm līdz 400 nm. Tie arī izraisa daudzu vielu luminiscenci. Bioloģiski aktīvs.

FOKĀLĀ PLAKME- plakne, kas ir perpendikulāra sistēmas optiskajai asij un iet caur tās galveno fokusu.

FOKUSS- punkts, kurā tiek savākts paralēls gaismas staru kūlis, kas iet caur optisko sistēmu. Ja stars ir paralēls sistēmas galvenajai optiskajai asij, tad stars atrodas uz šīs ass un tiek saukts par galveno.

FOKUSA ATTĀLUMS- attālums starp plānās lēcas optisko centru un fokusu.FOTOEFEKTS, fotoelektriskais efekts ir elektronu emisijas parādība, ko veic viela elektromagnētiskā starojuma ietekmē (ārējais f.). Novērots gāzēs, šķidrumos un cietās vielās. Atklāja G. Hercs un pētīja A. G. Stoletovs. Pamata modeļi f. uz kvantu jēdzienu pamata skaidrojis A. Einšteins.

KRĀSA- vizuāla sajūta, ko rada gaisma atbilstoši tās spektrālajam sastāvam un atstarotā vai izstarotā starojuma intensitātei.

Šemjakovs N.F.

Fizika. 3. daļa. Viļņu un kvantu optika, atoma un kodola uzbūve, pasaules fiziskais attēls.

Viļņu un kvantu optikas fiziskie pamati, atoma un kodola uzbūve un pasaules fizikālā aina ir iezīmēta saskaņā ar tehnisko augstskolu vispārējo fizikas kursu programmu.

Īpaša uzmanība pievērsta fizikālās nozīmes izpaušanai, statistiskās fizikas pamatprincipu un jēdzienu saturam, kā arī aplūkojamo parādību praktiskai pielietošanai, ņemot vērā klasiskās, relativistiskās un kvantu mehānikas secinājumus.

Paredzēts 2. kursa tālmācības studentiem, var izmantot pilna laika studenti, maģistranti un fizikas skolotāji.

No debesīm plūda kosmiskas lietusgāzes, nesot pozitronu straumes uz komētu astēm. Mezoni, pat bumbas parādījās, Tur visādas rezonanses...

7. VIĻŅU OPTIKA

1. Gaismas daba

Pēc mūsdienu idejām gaisma ir daļiņu viļņu raksturs. No vienas puses, gaisma uzvedas kā daļiņu - fotonu straume, kas kvantu veidā tiek izstarota, izplatīta un absorbēta. Gaismas korpuskulārā daba izpaužas, piemēram, parādībās

fotoelektriskais efekts, Komptona efekts. No otras puses, gaismai ir viļņu īpašības. Gaisma ir elektromagnētiskie viļņi. Gaismas viļņveida daba izpaužas, piemēram, parādībās traucējumi, difrakcija, polarizācija, dispersija utt. Elektromagnētiskie viļņi ir

šķērsvirziena.

IN elektromagnētiskais vilnis svārstās vektoros

elektriskais lauks E un magnētiskais lauks H, nevis matērija, kā, piemēram, viļņu gadījumā uz ūdens vai izstieptā auklā. Elektromagnētiskie viļņi izplatās vakuumā ar ātrumu 3108 m/s.Tātad gaisma ir reāls fizisks objekts, ko nevar reducēt ne par vilni, ne par daļiņu parastajā izpratnē. Viļņi un daļiņas ir tikai divas matērijas formas, kurām ir viena un tā pati fiziskā būtība.

7.1. Ģeometriskās optikas elementi

7.1.1. Huigensa princips

	Kad viļņi izplatās vidē, t.sk
	ieskaitot elektromagnētiskos, lai atrastu jaunus
	viļņu fronte jebkurā laikā
	izmantot Huygens principu.
	Katrs punkts viļņu frontē ir
	sekundāro viļņu avots.
	Viendabīgā izotropā vidē vilnis
	sekundāro viļņu virsmas izskatās kā sfēras
	rādiuss v t,	kur v ir izplatīšanās ātrums

	viļņi vidē.	Viļņa aploksnes veikšana

sekundāro viļņu frontes, iegūstam jaunu viļņu fronti noteiktā laikā (7.1. att., a, b).

7.1.2. Atspoguļošanas likums

Izmantojot Huygens principu, ir iespējams pierādīt elektromagnētisko viļņu atstarošanas likumu divu dielektriķu saskarnē.

Krituma leņķis ir vienāds ar atstarošanas leņķi. Krītošie un atstarotie stari kopā ar perpendikulāru saskarni starp diviem dielektriķiem atrodas

uz SD sauc par krišanas leņķi. Ja noteiktā laika momentā krītošā OB viļņa priekšpuse sasniedz punktu O, tad saskaņā ar Haigensa principu šis punkts

sāk izstarot sekundāro vilni. Laikā		t = VO1 /v krītošais stars 2
	sasniedz punktu O1. Tajā pašā laikā priekšējā sekundārā
	viļņi pēc atstarošanas punktā O izplatās
	tā pati vide, sasniedz puslodes punktus,
	rādiuss OA = v	t = BO1 .Jaunā viļņa fronte
	attēlots ar plakni AO1 un virzienu
	izplatīšana	OA stars. Leņķi sauc
	atstarošanas leņķis. No trīsstūru vienādības
	OAO1 un OBO1 ievēro atstarošanas likumu: leņķis
	biežums ir vienāds ar atstarošanas leņķi.

	7.1.3. Refrakcijas likums
	Optiski viendabīgu vidi 1 raksturo absolūtais
refrakcijas indekss
refrakcijas indekss

	gaismas ātrums vakuumā; v1		gaismas ātrums pirmajā vidē.




kur v2
	Attieksme	n2/n1 = n21

sauc par otrās vides relatīvo refrakcijas indeksu attiecībā pret pirmo.

biežums Ja gaismas izplatīšanās ātrums pirmajā vidē ir v1, bet otrajā vidē v2,

vide (saskaņā ar Haigensa principu), sasniedz puslodes punktus, kuru rādiuss OB = v2 t. Jaunā viļņa fronte, kas izplatās otrajā vidē, ir attēlota ar BO1 plakni (7.3. att.) un tās virzienu.

izplatīšanās ar stariem OB un O1 C (perpendikulāri viļņu frontei). Leņķis starp staru OB un divu dielektriķu saskarnes normālu

punkts O sauc par refrakcijas leņķi. No trijstūriem OAO1

OVO1

no tā izriet, ka AO1 = OO1 sin

OB = OO1 sin .

Viņu attieksme pauž likumu

refrakcija (Snela likums):

n21.

Krituma leņķa sinusa attiecība pret leņķa sinusu

refrakcija

radinieks

divu nesēju refrakcijas indekss.

7.1.4. Pilnīga iekšējā atspulga

Saskaņā ar refrakcijas likumu divu datu nesēju saskarnē, tas ir iespējams

novērot kopējā iekšējā atspulga, ja n1 > n2, t.i.

7.4). Tāpēc pastāv šāds ierobežojošs kritiena leņķis

pr kad

900. Tad refrakcijas likums

notiek šādā formā:

grēks pr =

(sin 900 =1)

Ar tālāk

pieaug

pilnībā

atspoguļots no saskarnes starp diviem medijiem.

Šo fenomenu sauc kopējā iekšējā atspulga un tiek plaši izmantoti optikā, piemēram, lai mainītu gaismas staru virzienu (7.5. att., a, b). To izmanto teleskopos, binokļos, optiskās šķiedras un citos optiskajos instrumentos. Klasiskajos viļņu procesos, piemēram, elektromagnētisko viļņu kopējās iekšējās atstarošanas fenomenā,

tiek novērotas tuneļa efektam līdzīgas parādības kvantu mehānikā, kas ir saistīta ar daļiņu viļņu īpašībām. Patiešām, kad gaisma pāriet no vienas vides uz otru, tiek novērota gaismas laušana, kas saistīta ar tās izplatīšanās ātruma izmaiņām dažādos medijos. Divu nesēju saskarnē gaismas stars ir sadalīts divās daļās: lauzts un atstarots. Saskaņā ar laušanas likumu, ja n1 > n2, tad pie > pr tiek novērota kopējā iekšējā atstarošana.

Kāpēc tas notiek? Maksvela vienādojumu risinājums parāda, ka gaismas intensitāte otrajā vidē atšķiras no nulles, bet samazinās ļoti ātri, eksponenciāli, attālumam no

saskarnes robežas.
	Eksperimentāls
novērojums		iekšējais
atspulgs parādīts attēlā. 7.6,
demonstrē		iespiešanās
apgaismojumu “aizliegtajā” zonā
ģeometriskā optika.
		taisnstūrveida

vienādsānu stikla prizma, gaismas stars krīt perpendikulāri un bez refrakcijas krīt uz 2. virsmu, tiek novērots kopējais iekšējais atstarojums,

/2 no 2. virsmas novieto to pašu prizmu, tad gaismas stars izies cauri 2. virsmai* un izies no prizmas caur virsmu 1* paralēli staram, kas krīt uz virsmas 1. Raidītās gaismas plūsmas intensitāte J samazinās eksponenciāli, palielinoties sprauga h starp prizmām saskaņā ar likumu:

Tāpēc gaismas iekļūšana “aizliegtajā” reģionā ir kvantu tunelēšanas efekta optiskais analogs.

Pilnīgas iekšējās atstarošanas fenomens ir patiesi pilnīgs, jo šajā gadījumā visa krītošās gaismas enerģija tiek atspoguļota divu mediju saskarnē nekā tad, kad tā tiek atstarota, piemēram, no metāla spoguļu virsmas. Izmantojot šo parādību, mēs varam izsekot citam

līdzība starp gaismas laušanu un atstarošanu, no vienas puses, un Vavilova-Čerenkova starojumu, no otras puses.

7.2. VIĻŅU TRAUCĒJUMI

7.2.1. Vektoru E un H loma

Praksē reālos medijos vienlaikus var izplatīties vairāki viļņi. Viļņu pievienošanas rezultātā tiek novērotas vairākas interesantas parādības: viļņu traucējumi, difrakcija, atstarošana un laušana utt.

Šīs viļņu parādības ir raksturīgas ne tikai mehāniskajiem viļņiem, bet arī elektriskajiem, magnētiskajiem, gaismas u.c. Visām elementārdaļiņām piemīt arī viļņu īpašības, ko ir pierādījusi kvantu mehānika.

Vienu no interesantākajām viļņu parādībām, kas tiek novērota, kad vidē izplatās divi vai vairāki viļņi, sauc par traucējumiem. Optiski viendabīgu vidi 1 raksturo

absolūtais refrakcijas indekss
absolūtais refrakcijas indekss

	gaismas ātrums vakuumā; v1 gaismas ātrums pirmajā vidē.
Videi 2 raksturīgs absolūtais refrakcijas indekss



kur v2	gaismas ātrums otrajā vidē.
Attieksme
Attieksme

sauc par otrās vides relatīvo refrakcijas indeksu


	izmantojot Maksvela teoriju, vai


	kur 1, 2 ir pirmās un otrās vides dielektriskās konstantes.
	Vakuumam n = 1. Izkliedes dēļ (gaismas frekvence				1014 Hz), piemēram,

ūdenim n = 1,33, nevis n = 9 (= 81), kā tas izriet no elektrodinamikas zemām frekvencēm. Gaisma ir elektromagnētiskie viļņi. Tāpēc elektromagnētisks

lauku nosaka vektori E un H, kas raksturo attiecīgi elektriskā un magnētiskā lauka stiprumu. Tomēr daudzos gaismas un matērijas mijiedarbības procesos, piemēram, piemēram, gaismas ietekmē uz redzes orgāniem, fotoelementiem un citām ierīcēm,

noteicošā loma ir vektoram E, ko optikā sauc par gaismas vektoru.

Visus procesus, kas notiek ierīcēs gaismas ietekmē, izraisa gaismas viļņa elektromagnētiskā lauka iedarbība uz uzlādētajām daļiņām, kas veido atomus un molekulas. Šajos procesos galvenā loma

elektroni spēlē augstas frekvences dēļ

svārstības

gaisma

15 Hz).

strāva

uz elektronu no

elektromagnētiskais lauks,

Fqe(E

0 },

kur q e

elektronu lādiņš; v

tā ātrums;

magnētiskā caurlaidība

vide;

magnētiskā konstante.

Sekundes vektora reizinājuma moduļa maksimālā vērtība

termiņš pie v

H, ņemot vērā

0 H2 =

0 E2,

izrādās

0 N ve =

vai E

gaismas ātrums iekšā

attiecīgi matērijā un vakuumā;

0 elektrisks

nemainīgs;

vielas dielektriskā konstante.

Turklāt v >>ve, jo gaismas ātrums matērijā ir v

108 m/s, ātrums

elektrons atomā ve

106 m/s. Ir zināms, ka

cikliskā frekvence; Ra

10 10

atoma izmēram ir nozīme

elektrona piespiedu vibrāciju amplitūdas atomā.

Tāpēc

F ~ qe E, un galveno lomu spēlē vektors

E nevis

vektors H. Iegūtie rezultāti labi saskan ar eksperimentālajiem datiem. Piemēram, Vīnera eksperimentos fotogrāfiskās emulsijas nomelnošanas zona zem

gaismas iedarbībā sakrīt ar elektriskā vektora E antinodiem.

7.3. Nosacījumi maksimāliem un minimāliem traucējumiem

Koherentu gaismas viļņu superpozīcijas fenomenu, kā rezultātā dažos telpas punktos tiek novērota gaismas pastiprināšanās maiņa un citos vājināšanās, sauc par gaismas interferenci.

Nepieciešams nosacījums gaismas traucējumi ir saskaņotību

salocīti sinusoidālie viļņi.

Viļņus sauc par koherentiem, ja pievienoto viļņu fāžu starpība laika gaitā nemainās, t.i., = const.

Šo nosacījumu apmierina monohromatiskie viļņi, t.i. viļņi

E, salocītie elektromagnētiskie lauki radās tajos pašos vai līdzīgos virzienos. Šajā gadījumā ir jābūt nejaušībai

tikai vektori E, bet arī H, kas būs novērojami tikai tad, ja viļņi izplatīsies pa vienu un to pašu taisni, t.i. ir vienlīdz polarizēti.

Ļaujiet mums atrast nosacījumus maksimālajiem un minimālajiem traucējumiem.

Lai to izdarītu, apsveriet iespēju pievienot divus monohromatiskus, koherentus gaismas viļņus ar tādu pašu frekvenci (1 = 2 =) ar vienādām amplitūdām (E01 = E02 = E0), kas svārstās vakuumā vienā virzienā saskaņā ar sinusa likumu ( vai kosinuss), t.i.

		E01 sin(		01),
		E02 sin(		02),
kur r1, r2	attālumi no avotiem S1 un S2		uz novērošanas punktu uz ekrāna;
01, 02	sākotnējās fāzes; k =	viļņa numurs.
01, 02	sākotnējās fāzes; k =	viļņa numurs.

Saskaņā ar superpozīcijas principu (noteikts Leonardo da Vinči) iegūto svārstību intensitātes vektors ir vienāds ar pievienoto viļņu intensitātes vektoru ģeometrisko summu, t.i.

E2.

Vienkāršības labad mēs pieņemam, ka salocītu viļņu sākotnējās fāzes

ir vienādi ar nulli, t.i., 01 =

02 = 0. Absolūtajā vērtībā mums ir

E = E1 + E2 = 2E0 sin[

k(r1

k(r2

(7.16) izteiksmē

r1 ) n =

optiskā ceļa atšķirība

salokāmi viļņi; n

barotnes absolūtais refrakcijas indekss.

Citām vidēm, izņemot vakuumu, piemēram, ūdenim (n1, 1),

stikls (n2, 2) utt. k = k1 n1;

k = k2n2;

1 n1;

2n2;

sauc par iegūtā viļņa amplitūdu.

Tiek noteikta viļņa jaudas amplitūda (vienības viļņa frontes virsmai) Pointinga vektors, t.i., modulo

0 E 0 2 cos2 [

k(r2

kur П = с w,

0E 2

tilpuma

blīvums

elektromagnētiskais lauks (vakuumam

1), t.i., P = c

0 E2.

Ja J = P

iegūtā viļņa intensitāte un

J0 = s

0 E 0 2

tā maksimālā intensitāte, tad ņemot vērā

(7.17) un (7.18) intensitāte

iegūtais vilnis mainīsies saskaņā ar likumu

J = 2J0 (1+ cos).

Salocītu viļņu fāzu atšķirība

un nav atkarīgs no laika, kur

2 = t kr2 +

1 = t kr1 +

Mēs atrodam iegūtā viļņa amplitūdu, izmantojot formulu

K(r2

r1)n =

Ir divi iespējamie gadījumi:

1. Maksimālais stāvoklis.

Ja pievienoto viļņu fāzes starpība ir pāra skaitlis


	1, 2, ..., tad iegūtā amplitūda būs maksimālā,

	E 02 E 012 E 022 2E 01E 02
	E0 = E01 + E02.
Līdz ar to viļņu amplitūdas summējas,		un ja tie ir vienādi
(E01 = E02)	iegūtā amplitūda tiek dubultota.
Rezultātā iegūtā intensitāte ir arī maksimālā:
	Jmax = 4J0.

Amangeldinovs Mustafa Rakhatovičs
Students
Nazarbajeva intelektuālā skola mustafastu123@ gmail. com

Optika. Optikas vēsture Optikas pielietojumi.

Optikas attīstības vēsture.

Optika ir gaismas rakstura, gaismas parādību un gaismas mijiedarbības ar matēriju izpēte. Un gandrīz visa tās vēsture ir stāsts par atbildes meklējumiem: kas ir gaisma?

Vienu no pirmajām gaismas teorijām, vizuālo staru teoriju, ap 400. gadu pirms mūsu ēras izvirzīja grieķu filozofs Platons. e. Šī teorija pieņēma, ka no acs izplūst stari, kas, satiekoties ar objektiem, tos apgaismo un rada apkārtējās pasaules izskatu. Platona uzskatus atbalstīja daudzi senie zinātnieki, un jo īpaši Eiklīds (3. gs. p.m.ē.), pamatojoties uz vizuālo staru teoriju, nodibināja doktrīnu par gaismas izplatīšanās taisnumu un noteica atstarošanas likumu.

Tajos pašos gados tika atklāti šādi fakti:

– gaismas izplatīšanās taisnums;

– gaismas atstarošanas fenomens un atstarošanas likums;

– gaismas refrakcijas parādība;

– ieliekta spoguļa fokusēšanas efekts.

Senie grieķi lika pamatus optikas nozarei, kas vēlāk kļuva pazīstama kā ģeometriskā.

Interesantākais darbs pie optikas, kas līdz mums ir nonācis no viduslaikiem, ir arābu zinātnieka Alhazena darbs. Viņš pētīja gaismas atstarošanu no spoguļiem, refrakcijas fenomenu un gaismas caurlaidību lēcās. Algazens bija pirmais, kurš izteica domu, ka gaismai ir ierobežots izplatīšanās ātrums. Šī hipotēze bija nozīmīgs solis gaismas būtības izpratnē.

Renesanses laikā tika veikti daudzi dažādi atklājumi un izgudrojumi; Eksperimentālā metode sāka izveidoties kā pamats apkārtējās pasaules izpētei un izpratnei.

Balstoties uz daudziem eksperimentāliem faktiem, 17. gadsimta vidū radās divas hipotēzes par gaismas parādību būtību:

– korpuskulārais, kas pieņēma, ka gaisma ir daļiņu plūsma, ko lielā ātrumā izgrūž gaismas ķermeņi;

– vilnis, kas apgalvoja, ka gaisma ir īpašas gaismas vides - ētera - gareniskās svārstības, ko ierosina gaismas ķermeņa daļiņu vibrācijas.

Visa turpmākā gaismas doktrīnas attīstība līdz mūsdienām ir šo hipotēžu attīstības un cīņas vēsture, kuru autori bija I. Ņūtons un H. Haigenss.

Ņūtona korpuskulārās teorijas galvenie nosacījumi:

1) Gaisma sastāv no mazām matērijas daļiņām, ko visos virzienos taisnās līnijās jeb staros izstaro gaismas ķermenis, piemēram, degoša svece. Ja šie stari, kas sastāv no asinsķermenīšiem, iekrīt mūsu acī, tad mēs redzam to avotu.

2) Gaismas asinsķermenīši ir dažāda izmēra. Lielākās daļiņas, nonākot acī, rada sarkanas krāsas sajūtu, mazākās – violetu.

3) Baltā krāsa ir visu krāsu sajaukums: sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo, violeta.

4) Gaismas atstarošana no virsmas notiek, pateicoties asinsķermenīšu atstarumam no sienas saskaņā ar absolūtās elastīgās trieciena likumu.

5) Gaismas laušanas fenomens ir izskaidrojams ar to, ka asinsķermenīšus pievelk vides daļiņas. Jo blīvāka vide, jo mazāks refrakcijas leņķis ir krišanas leņķis.

6) Gaismas dispersijas fenomenu, ko Ņūtons atklāja 1666. gadā, viņš skaidroja šādi. Katra krāsa jau ir klātesoša baltā gaismā. Visas krāsas tiek pārraidītas caur starpplanētu telpu un atmosfēru kopā un rada baltas gaismas efektu. Baltā gaisma - dažādu asinsķermenīšu maisījums - pēc izlaišanas caur prizmu piedzīvo refrakciju. No mehāniskās teorijas viedokļa refrakciju izraisa spēki no stikla daļiņām, kas iedarbojas uz gaismas asinsķermenīšiem. Šie spēki dažādiem asinsķermenīšiem ir atšķirīgi. Vislielākie tie ir violetai un mazākie sarkanai krāsai. Prizmā esošo asinsķermenīšu ceļš katrai krāsai tiks lauzts atšķirīgi, tāpēc baltais kompleksais stars sadalīsies krāsainos komponentstaros.

7) Ņūtons izklāstīja veidus, kā izskaidrot dubulto refrakciju, izvirzot hipotēzi, ka gaismas stariem ir “dažādas puses” - īpaša īpašība, kas nosaka to atšķirīgo refrakciju, izejot cauri dubultlaušanas ķermenim.

Ņūtona korpuskulārā teorija apmierinoši izskaidroja daudzas tajā laikā zināmās optiskās parādības. Tās autoram bija milzīgs prestižs zinātnes pasaulē, un Ņūtona teorija drīz vien ieguva daudzus atbalstītājus visās valstīs.

Uzskati par gaismas dabu 19.-20.gs.

1801. gadā T. Jungs veica eksperimentu, kas pārsteidza zinātniekus visā pasaulē: S - gaismas avots; E – ekrāns; B un C ir ļoti šauras spraugas, kas atrodas 1-2 mm attālumā viena no otras.

Saskaņā ar Ņūtona teoriju uz ekrāna jāparādās divām gaišām svītrām; patiesībā parādījās vairākas gaišas un tumšas svītras, un gaiša līnija P parādījās tieši pretī spraugai starp spraugām B un C. Pieredze liecina, ka gaisma ir viļņu parādība. Jungs izstrādāja Huygens teoriju ar idejām par daļiņu vibrācijām un vibrāciju frekvenci. Viņš formulēja traucējumu principu, pamatojoties uz kuru viņš izskaidroja plānu plākšņu difrakcijas, traucējumu un krāsas fenomenu.

Franču fiziķis Fresnels apvienoja Huygens viļņu kustības principu un Younga traucējumu principu. Pamatojoties uz to, viņš izstrādāja stingru matemātisko difrakcijas teoriju. Fresnels spēja izskaidrot visas tajā laikā zināmās optiskās parādības.

Freneļa viļņu teorijas pamatprincipi.

– Gaisma ir vibrāciju izplatīšanās ēterī ar ātrumu, kur ir ētera elastības modulis, r ir ētera blīvums;

– Gaismas viļņi ir šķērseniski;

– Vieglajam ēterim piemīt elastīga-cieta korpusa īpašības un tas ir absolūti nesaspiežams.

Pārejot no vienas vides uz otru, ētera elastība nemainās, bet mainās tā blīvums. Vielas relatīvais refrakcijas indekss.

Šķērsvirziena vibrācijas var rasties vienlaicīgi visos virzienos, kas ir perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam.

Fresnela darbs ir ieguvis zinātnieku atzinību. Drīzumā parādījās vairāki eksperimentāli un teorētiski darbi, kas apstiprināja gaismas viļņu raksturu.

19. gadsimta vidū sāka atklāt faktus, kas liecināja par optisko un elektrisko parādību saistību. 1846. gadā M. Faradejs novēroja gaismas polarizācijas plakņu rotācijas ķermeņos, kas novietoti magnētiskajā laukā. Faradejs ieviesa elektrisko un magnētisko lauku jēdzienu kā savdabīgu pārklājumu ēterī. Ir parādījies jauns "elektromagnētiskais ēteris". Angļu fiziķis Maksvels bija pirmais, kurš pievērsa uzmanību šiem uzskatiem. Viņš izstrādāja šīs idejas un izveidoja elektromagnētiskā lauka teoriju.

Gaismas elektromagnētiskā teorija neizsvītroja Huygens-Young-Fresnel mehānisko teoriju, bet izvirzīja to jaunā līmenī. 1900. gadā vācu fiziķis Planks izvirzīja hipotēzi par starojuma kvantu raksturu. Tās būtība bija šāda:

– gaismas emisija pēc būtības ir diskrēta;

– absorbcija notiek arī atsevišķās porcijās, kvantos.

Katra kvanta enerģiju attēlo formulaE=hn , Kurh ir Planka konstante, un n ir gaismas frekvence.

Piecus gadus pēc Planka tika publicēts vācu fiziķa Einšteina darbs par fotoelektrisko efektu. Einšteins ticēja:

– gaismai, kas vēl nav mijiedarbojusies ar vielu, ir granulēta struktūra;

– Diskrētā gaismas starojuma struktūras elements ir fotons.

1913. gadā dāņu fiziķis N. Bors publicēja atoma teoriju, kurā viņš apvienoja Planka-Einšteina kvantu teoriju ar atoma kodolstruktūras attēlu.

Tādējādi parādījās jauna gaismas kvantu teorija, kas dzima, pamatojoties uz Ņūtona korpuskulāro teoriju. Kvants darbojas kā korpuskulis.

Pamatnoteikumi.

– Gaisma tiek izstarota, izplatīta un absorbēta atsevišķās daļās – kvantos.

– Gaismas kvants - fotons nes enerģiju, kas ir proporcionāla viļņa frekvencei, ar kādu to apraksta elektromagnētiskā teorijaE=hn .

– Fotonam ir masa (), impulss un leņķiskais impulss ().

– Fotons kā daļiņa pastāv tikai kustībā, kuras ātrums ir gaismas izplatīšanās ātrums noteiktā vidē.

– Visām mijiedarbībām, kurās piedalās fotons, ir spēkā vispārīgie enerģijas un impulsa nezūdamības likumi.

– Elektrons atomā var atrasties tikai dažos diskrētos stabilos stacionāros stāvokļos. Atrodoties stacionāros stāvokļos, atoms neizstaro enerģiju.

– Pārejot no viena stacionāra stāvokļa citā, atoms izstaro (absorbē) fotonu ar frekvenci (kurE 1 UnE 2 – sākuma un beigu stāvokļu enerģijas).

Līdz ar kvantu teorijas parādīšanos kļuva skaidrs, ka korpuskulārās un viļņu īpašības ir tikai divas puses, divas savstarpēji saistītas gaismas būtības izpausmes. Tie neatspoguļo matērijas diskrētuma un nepārtrauktības dialektisko vienotību, kas izteikta vienlaicīgā viļņu un korpuskulāro īpašību izpausmē. To pašu starojuma procesu var aprakstīt gan izmantojot matemātisko aparātu viļņiem, kas izplatās telpā un laikā, gan izmantojot statistiskās metodes daļiņu parādīšanās prognozēšanai noteiktā vietā un laikā. Abus šos modeļus var izmantot vienlaikus, un atkarībā no apstākļiem priekšroka tiek dota vienam no tiem.

Pēdējo gadu sasniegumi optikas jomā bija iespējami, pateicoties gan kvantu fizikas, gan viļņu optikas attīstībai. Mūsdienās gaismas teorija turpina attīstīties.

Gaismas un ģeometriskās optikas viļņu īpašības.

Optika ir fizikas nozare, kas pēta gaismas īpašības un fizikālo raksturu, kā arī tās mijiedarbību ar vielu.

Vienkāršākās optiskās parādības, piemēram, ēnu rašanos un attēlu veidošanu optiskajos instrumentos, var saprast ģeometriskās optikas ietvaros, kas darbojas ar atsevišķu gaismas staru jēdzienu, kas pakļaujas zināmajiem laušanas un atstarošanas likumiem un ir. neatkarīgi viens no otra. Lai izprastu sarežģītākas parādības, ir nepieciešama fiziskā optika, kas šīs parādības aplūko saistībā ar gaismas fizisko dabu. Fiziskā optika ļauj iegūt visus ģeometriskās optikas likumus un noteikt to pielietojamības robežas. Nezinot šīs robežas, formāla ģeometriskās optikas likumu piemērošana konkrētos gadījumos var novest pie rezultātiem, kas ir pretrunā ar novērotajām parādībām. Tāpēc nevar aprobežoties tikai ar formālo ģeometriskās optikas konstrukciju, bet uz to jāskatās kā uz fiziskās optikas nozari.

Gaismas stara jēdzienu var iegūt, apsverot reālu gaismas staru viendabīgā vidē, no kura ar diafragmu izolē šauru paralēlu staru kūli. Jo mazāks ir šo caurumu diametrs, jo šaurāks ir izolētais stars, un robežās, dodoties uz tik maziem caurumiem, cik vēlaties, varētu šķist, ka gaismas staru var iegūt kā taisnu līniju. Bet šāds patvaļīgi šaura stara (staru) izolācijas process nav iespējams difrakcijas fenomena dēļ. Reāla gaismas stara neizbēgamo leņķisko izplešanos, kas izlaista caur diafragmu ar diametru D, nosaka difrakcijas leņķis j~l/D . Tikai ierobežojošā gadījumā, kad l = 0, šāda izplešanās nenotiktu, un varētu runāt par staru kā ģeometrisku līniju, kuras virziens nosaka gaismas enerģijas izplatīšanās virzienu.

Tādējādi gaismas stars ir abstrakts matemātisks jēdziens, un ģeometriskā optika ir aptuvens ierobežojošs gadījums, kurā viļņu optika nonāk, kad gaismas viļņa garums ir nulle.

Acs kā optiskā sistēma.

Cilvēka redzes orgāns ir acis, kas daudzos aspektos pārstāv ļoti progresīvu optisko sistēmu.

Kopumā cilvēka acs ir sfērisks ķermenis ar diametru aptuveni 2,5 cm, ko sauc par acs ābolu (5. att.). Acs necaurspīdīgo un izturīgo ārējo slāni sauc par sklēru, bet caurspīdīgo un izliektāko priekšējo daļu sauc par radzeni. Iekšpusē sklēra ir pārklāta ar dzīsleni, kas sastāv no asinsvadiem, kas apgādā aci. Pretī radzenei dzīslene nonāk varavīksnenē, kas dažādiem cilvēkiem ir atšķirīga, un kuru no radzenes atdala kamera, kurā ir caurspīdīga ūdeņaina masa.

Varavīksnenei ir apaļš caurums, ko sauc par zīlīti, kura diametrs var atšķirties. Tādējādi varavīksnene pilda diafragmas lomu, regulējot gaismas piekļuvi acij. Spilgtā apgaismojumā skolēns kļūst mazāks, un vājā apgaismojumā tas palielinās. Acs ābola iekšpusē aiz varavīksnenes atrodas lēca, kas ir abpusēji izliekta lēca, kas izgatavota no caurspīdīgas vielas ar refrakcijas koeficientu aptuveni 1,4. Lēcu ieskauj gredzenveida muskulis, kas var mainīt tā virsmu izliekumu un līdz ar to arī optisko spēku.

Acs iekšpuses koroīds ir pārklāts ar gaismjutīgā nerva zariem, īpaši blīvi zīlītes priekšā. Šie zari veido tīkleni, uz kuras tiek iegūts acs optiskās sistēmas radītais objektu faktiskais attēls. Telpu starp tīkleni un lēcu piepilda caurspīdīgs stiklveida ķermenis, kam ir želatīna struktūra. Objektu attēls uz tīklenes ir apgriezts. Tomēr smadzeņu darbība, kas saņem signālus no gaismjutīgā nerva, ļauj mums redzēt visus objektus dabiskās pozīcijās.

Kad acs gredzenveida muskulis ir atslābināts, uz tīklenes tiek iegūts tālu objektu attēls. Kopumā acs uzbūve ir tāda, ka cilvēks bez sasprindzinājuma var redzēt objektus, kas atrodas ne tuvāk par 6 metriem no acs. Šajā gadījumā aiz tīklenes tiek iegūts tuvāku objektu attēls. Lai iegūtu skaidru šāda objekta attēlu, gredzenveida muskulis arvien vairāk saspiež lēcu, līdz objekta attēls parādās uz tīklenes, un pēc tam notur lēcu saspiestā stāvoklī.

Tādējādi cilvēka acs “fokusēšana” tiek veikta, mainot lēcas optisko jaudu ar gredzenveida muskuļa palīdzību.Acs optiskās sistēmas spēja radīt skaidrus objektus, kas atrodas dažādos attālumos no tās, ir. saukta par izmitināšanu (no latīņu valodas “izmitināšana” - adaptācija). Skatoties ļoti tālu objektus, acī iekļūst paralēli stari. Šajā gadījumā tiek teikts, ka acs ir pielāgota bezgalībai.

Acu izmitināšana nav bezgalīga. Ar gredzenveida muskuļa palīdzību acs optiskā jauda var palielināties ne vairāk kā par 12 dioptrijām. Ilgstoši aplūkojot tuvus objektus, acs nogurst, un gredzenveida muskulis sāk atslābt un objekta attēls izplūst.

Cilvēka acis ļauj skaidri redzēt objektus ne tikai dienasgaismā. Acs spēja pielāgoties dažādas pakāpes kairinājumam uz tīklenes gaismjutīgā nerva galiem, t.i. novēroto objektu dažādas spilgtuma pakāpes sauc par adaptāciju.

Acu redzes asu konverģenci noteiktā punktā sauc par konverģenci. Ja objekti atrodas ievērojamā attālumā no cilvēka, tad, pārvietojot acis no viena objekta uz otru, acu asis praktiski nemainās, un cilvēks zaudē spēju pareizi noteikt objekta stāvokli. Kad objekti atrodas ļoti tālu, acu asis ir paralēlas, un cilvēks pat nevar noteikt, vai objekts, uz kuru viņš skatās, kustas vai nē. Noteiktu lomu ķermeņu stāvokļa noteikšanā spēlē arī gredzenveida muskuļa spēks, kas saspiež lēcu, aplūkojot objektus, kas atrodas tuvu cilvēkam.

Spektroskops.

Spektroskopu izmanto spektru novērošanai.

Visizplatītākais prizmatiskais spektroskops sastāv no divām caurulēm, starp kurām novietota trīsstūrveida prizma.

Caurulē A, ko sauc par kolimatoru, ir šaura sprauga, kuras platumu var regulēt, pagriežot skrūvi. Spraugai priekšā ir novietots gaismas avots, kura spektrs ir jāpārbauda. Sprauga atrodas kolimatora plaknē, un tāpēc gaismas stari no kolimatora iziet paralēla stara veidā. Pēc izlaišanas caur prizmu gaismas stari tiek novirzīti caurulē B, caur kuru tiek novērots spektrs. Ja mērījumiem paredzēts spektroskops, tad uz spektra attēla ar speciālas ierīces palīdzību tiek uzlikts skalas attēls ar dalījumiem, kas ļauj precīzi noteikt krāsu līniju pozīciju spektrā.

Optiskā mērierīce.

Optiskā mērierīce ir mērinstruments, kurā tēmē (vadāmā objekta robežu izlīdzināšana ar matu līniju, krustojumu u.c.) vai izmēra noteikšanu veic, izmantojot ierīci ar optisku darbības principu. Ir trīs optisko mērinstrumentu grupas: ierīces ar optiskā tēmēšanas principu un mehānisku metodi kustības ziņošanai; ierīces ar optisko novērošanu un kustības ziņošanu; ierīces, kurām ir mehānisks kontakts ar mērierīci, ar optisko metodi kontaktpunktu kustības noteikšanai.

Pirmās ierīces, kas kļuva plaši izplatītas, bija projektori, lai mērītu un uzraudzītu detaļas ar sarežģītām kontūrām un maziem izmēriem.

Visizplatītākā otrā ierīce ir universālais mērīšanas mikroskops, kurā mērāmā daļa pārvietojas uz gareniskā ratiņa, bet galvas mikroskops pārvietojas uz šķērsvirziena.

Trešās grupas ierīces izmanto, lai salīdzinātu izmērītos lineāros lielumus ar mēriem vai skalām. Tos parasti apvieno ar vispārīgiem nosaukumiem salīdzinātāji. Šajā ierīču grupā ietilpst optometrs (optikators, mēraparāts, kontaktinterferometrs, optiskais diapazona meklētājs utt.).

Optiskie mērinstrumenti ir plaši izplatīti arī ģeodēzijā (līmenis, teodolīts u.c.).

Teodolīts ir ģeodēzisks instruments virzienu noteikšanai un horizontālo un vertikālo leņķu mērīšanai ģeodēzisko darbu, topogrāfisko un mērniecības darbu laikā, būvniecībā u.c.

Līmenis - ģeodēzisks instruments zemes virsmas punktu pacēlumu mērīšanai - nivelēšanai, kā arī horizontālo virzienu noteikšanai uzstādīšanas laikā u.c. darbojas.

Navigācijā plaši tiek izmantots sekstants - goniometrisks spoguļatstarojošs instruments debess ķermeņu augstumu virs horizonta vai leņķu mērīšanai starp redzamiem objektiem, lai noteiktu novērotāja vietas koordinātas. Sekstanta svarīgākā īpašība ir iespēja vienlaicīgi apvienot divus objektus novērotāja redzes laukā, starp kuriem tiek mērīts leņķis, kas ļauj sekstantu izmantot lidmašīnā vai uz kuģa bez manāmas precizitātes samazināšanās pat pitching laikā.

Daudzsološs virziens jauna veida optisko mērinstrumentu izstrādē ir to aprīkošana ar elektroniskām nolasīšanas ierīcēm, kas ļauj vienkāršot nolasīšanu un novērošanu utt.

Secinājums.

Optikas praktiskā nozīme un tās ietekme uz citām zināšanu nozarēm ir ārkārtīgi liela. Teleskopa un spektroskopa izgudrojums pavēra cilvēkam visbrīnišķīgāko un bagātāko parādību pasauli, kas notiek plašajā Visumā. Mikroskopa izgudrojums radīja revolūciju bioloģijā. Fotogrāfija ir palīdzējusi un joprojām palīdz gandrīz visām zinātnes nozarēm. Viens no svarīgākajiem zinātniskā aprīkojuma elementiem ir objektīvs. Bez tā nebūtu mikroskopa, teleskopa, spektroskopa, kameras, kino, televīzijas utt. nebūtu briļļu, un daudzi cilvēki, kas vecāki par 50 gadiem, nespētu lasīt un veikt daudzus darbus, kam nepieciešama redze.

Fizikālās optikas pētīto parādību klāsts ir ļoti plašs. Optiskās parādības ir cieši saistītas ar citās fizikas nozarēs pētītajām parādībām, un optiskās izpētes metodes ir vienas no smalkākajām un precīzākajām. Tāpēc nav pārsteidzoši, ka optika ilgu laiku spēlēja vadošo lomu daudzos fundamentālos pētījumos un pamata fizisko uzskatu attīstībā. Pietiek pateikt, ka abas galvenās pagājušā gadsimta fizikālās teorijas - relativitātes teorija un kvantu teorija - radušās un attīstījušās lielā mērā uz optisko pētījumu bāzes. Lāzeru izgudrojums ir pavēris plašas jaunas iespējas ne tikai optikā, bet arī tās pielietojumos dažādās zinātnes un tehnikas nozarēs.

Bibliogrāfija. Artsybyshev S.A. Fizika - M.: Medgiz, 1950.

Ždanovs L.S. Ždanovs G.L. Fizika vidējās izglītības iestādēm - M.: Nauka, 1981.g.

Landsbergs G.S. Optika - M.: Nauka, 1976.g.

Landsbergs G.S. Pamatfizikas mācību grāmata. - M.: Nauka, 1986. gads.

Prohorovs A.M. Lielā padomju enciklopēdija. - M.: Padomju enciklopēdija, 1974.

Sivukhins D.V. Vispārīgais fizikas kurss: Optika - M.: Nauka, 1980.g.

- Optikas attīstības vēsture.

- Ņūtona korpuskulārās teorijas pamatnoteikumi.

- Huygens viļņu teorijas pamatnoteikumi.

- Uzskati par gaismas dabu iekšā XIX – XX gadsimtiem.

- Optikas pamatprincipi.

- Gaismas un ģeometriskās optikas viļņu īpašības.

- Acs kā optiskā sistēma.

- Spektroskops.

- Optiskā mērierīce.

- Secinājums.

- Izmantotās literatūras saraksts.

Optikas attīstības vēsture.

Optika ir gaismas rakstura, gaismas parādību un gaismas mijiedarbības ar matēriju izpēte. Un gandrīz visa tās vēsture ir stāsts par atbildes meklējumiem: kas ir gaisma?

Tajos pašos gados tika atklāti šādi fakti:

– gaismas izplatīšanās taisnums;

– gaismas atstarošanas fenomens un atstarošanas likums;

– gaismas laušanas parādība;

– ieliekta spoguļa fokusēšanas efekts.

Senie grieķi lika pamatus optikas nozarei, kas vēlāk kļuva pazīstama kā ģeometriskā.

solis gaismas būtības izpratnē.

Renesanses laikā tika veikti daudzi dažādi atklājumi un izgudrojumi; Eksperimentālā metode sāka izveidoties kā pamats apkārtējās pasaules izpētei un izpratnei.

Balstoties uz daudziem eksperimentāliem faktiem, 17. gadsimta vidū radās divas hipotēzes par gaismas parādību būtību:

– korpuskulārais, kas pieņēma, ka gaisma ir daļiņu plūsma, ko lielā ātrumā izstaro gaismas ķermeņi;

- vilnis, kas apgalvoja, ka gaisma ir īpašas gaismas vides - ētera - gareniskās svārstības, ko ierosina gaismas ķermeņa daļiņu vibrācijas.

Visa turpmākā gaismas doktrīnas attīstība līdz mūsdienām ir šo hipotēžu attīstības un cīņas vēsture, kuru autori bija I. Ņūtons un H. Haigenss.

Ņūtona korpuskulārās teorijas galvenie nosacījumi:

2) Gaismas asinsķermenīši ir dažāda izmēra. Lielākās daļiņas, nonākot acī, rada sarkanas krāsas sajūtu, mazākās – violetu.

3) Baltā krāsa ir visu krāsu sajaukums: sarkana, oranža, dzeltena, zaļa, zila, indigo, violeta.

4) Gaismas atstarošana no virsmas notiek, pateicoties asinsķermenīšu atstarumam no sienas saskaņā ar absolūtās elastības trieciena likumu (2. att.).

5) Gaismas laušanas fenomens ir izskaidrojams ar to, ka asinsķermenīšus pievelk vides daļiņas. Jo blīvāka vide, jo mazāks refrakcijas leņķis ir krišanas leņķis.

7) Ņūtons izklāstīja veidus, kā izskaidrot dubulto refrakciju, izvirzot hipotēzi, ka gaismas stariem ir “dažādas puses” - īpaša īpašība, kas izraisa to atšķirīgu refrakciju, kad tie iet cauri divkāršās laušanas ķermenim.

Huygensa gaismas viļņu teorijas pamatprincipi.

1) Gaisma ir elastīgu periodisku impulsu izplatīšanās ēterī. Šie impulsi ir gareniski un līdzīgi skaņas impulsiem gaisā.

2) Ēteris ir hipotētiska vide, kas aizpilda debess telpu un spraugas starp ķermeņu daļiņām. Tas ir bezsvara, nepakļaujas universālās gravitācijas likumam, un tam ir liela elastība.

3) Ētera vibrāciju izplatīšanās princips ir tāds, ka katrs tā punkts, uz kuru sasniedz ierosmi, ir sekundāro viļņu centrs. Šie viļņi ir vāji, un efekts tiek novērots tikai tur, kur to apvalks šķērso

virsma – viļņu fronte (Haigensa princips) (3. att.).

Gaismas viļņi, kas nāk tieši no avota, izraisa redzes sajūtu.

Ļoti svarīgs punkts Huygens teorijā bija pieņēmums, ka gaismas izplatīšanās ātrums ir ierobežots. Izmantojot savu principu, zinātnieks spēja izskaidrot daudzas ģeometriskās optikas parādības:

– gaismas atstarošanas fenomens un tā likumi;

– gaismas laušanas parādība un tās likumi;

– pilnīgas iekšējās refleksijas fenomens;

– dubultās refrakcijas fenomens;

– gaismas staru neatkarības princips.

Huygens teorija sniedza šādu izteiksmi vides refrakcijas indeksam:

No formulas ir skaidrs, ka gaismas ātrumam jābūt apgriezti atkarīgam no vides absolūtās vērtības. Šis secinājums bija pretējs secinājumam, kas izriet no Ņūtona teorijas. Zemais eksperimentālo tehnoloģiju līmenis 17. gadsimtā neļāva noteikt, kura teorija ir pareiza.

Daudzi šaubījās par Huigensa viļņu teoriju, bet starp nedaudzajiem viļņu uzskatu piekritējiem par gaismas dabu bija M. Lomonosovs un L. Eilers. Līdz ar šo zinātnieku pētījumiem Huygens teorija sāka veidoties kā viļņu teorija, nevis tikai aperiodiskas svārstības, kas izplatās ēterī.

Uzskati par gaismas dabu iekšā XIX - XX gadsimtiem.

1801. gadā T. Jungs veica eksperimentu, kas pārsteidza zinātniekus visā pasaulē (4. att.)

S – gaismas avots;

E – ekrāns;

B un C ir ļoti šauras spraugas, kas atrodas 1-2 mm attālumā viena no otras.

Freneļa viļņu teorijas pamatprincipi.

– Gaisma – vibrāciju izplatīšanās ēterī ar ātrumu, kurā ir ētera elastības modulis, r– ētera blīvums;

– Gaismas viļņi ir šķērsvirziena;

– Vieglajam ēterim piemīt elastīga-cieta korpusa īpašības un tas ir absolūti nesaspiežams.

Pārejot no vienas vides uz otru, ētera elastība nemainās, bet mainās tā blīvums. Vielas relatīvais refrakcijas indekss.

Šķērsvirziena vibrācijas var rasties vienlaicīgi visos virzienos, kas ir perpendikulāri viļņu izplatīšanās virzienam.

Fresnela darbs ir ieguvis zinātnieku atzinību. Drīzumā parādījās vairāki eksperimentāli un teorētiski darbi, kas apstiprināja gaismas viļņu raksturu.

– gaismas emisija pēc būtības ir diskrēta;

– absorbcija notiek arī atsevišķās porcijās, kvantos.

Katra kvanta enerģiju attēlo formula E = h n, Kur h ir Planka konstante, un n ir gaismas frekvence.

Piecus gadus pēc Planka tika publicēts vācu fiziķa Einšteina darbs par fotoelektrisko efektu. Einšteins ticēja:

– gaismai, kas vēl nav mijiedarbojusies ar vielu, ir granulēta struktūra;

– diskrētā gaismas starojuma struktūras elements ir fotons.

Tādējādi parādījās jauna gaismas kvantu teorija, kas dzima, pamatojoties uz Ņūtona korpuskulāro teoriju. Kvants darbojas kā korpuskulis.

Pamatnoteikumi.

– Gaisma tiek izstarota, izplatīta un absorbēta atsevišķās daļās – kvantos.

- Gaismas kvants - fotons nes enerģiju, kas ir proporcionāla viļņa frekvencei, ar kādu to apraksta elektromagnētiskā teorija E = h n .

- Fotonam ir masa (), impulss un leņķiskais impulss ().

– Fotons kā daļiņa eksistē tikai kustībā, kuras ātrums ir gaismas izplatīšanās ātrums dotajā vidē.

– Visām mijiedarbībām, kurās piedalās fotons, ir spēkā vispārīgie enerģijas un impulsa nezūdamības likumi.

– Elektrons atomā var atrasties tikai dažos diskrētos stabilos stacionāros stāvokļos. Atrodoties stacionāros stāvokļos, atoms neizstaro enerģiju.

– Pārejot no viena stacionāra stāvokļa citā, atoms izstaro (absorbē) fotonu ar frekvenci (kur E1 Un E2– sākuma un beigu stāvokļu enerģijas).

Pēdējo gadu sasniegumi optikas jomā bija iespējami, pateicoties gan kvantu fizikas, gan viļņu optikas attīstībai. Mūsdienās gaismas teorija turpina attīstīties.

Optika ir fizikas nozare, kas pēta gaismas īpašības un fizikālo raksturu, kā arī tās mijiedarbību ar vielu.

Gaismas stara jēdzienu var iegūt, apsverot reālu gaismas staru viendabīgā vidē, no kura ar diafragmu izolē šauru paralēlu staru kūli. Jo mazāks ir šo caurumu diametrs, jo šaurāks ir izolētais stars, un robežās, dodoties uz tik maziem caurumiem, cik vēlaties, varētu šķist, ka gaismas staru var iegūt kā taisnu līniju. Bet šāds patvaļīgi šaura stara (staru) izolācijas process nav iespējams difrakcijas fenomena dēļ. Reāla gaismas stara neizbēgamo leņķisko izplešanos, kas izlaista caur diafragmu ar diametru D, nosaka difrakcijas leņķis j ~ l / D. Tikai galējā gadījumā, kad l=0, tāda izplešanās nenotiktu, un par staru varētu runāt kā par ģeometrisku līniju, kuras virziens nosaka gaismas enerģijas izplatīšanās virzienu.

Tādējādi gaismas stars ir abstrakts matemātisks jēdziens, un ģeometriskā optika ir aptuvens ierobežojošs gadījums, kurā viļņu optika nonāk, kad gaismas viļņa garums ir nulle.

Acs kā optiskā sistēma.

Cilvēka redzes orgāns ir acis, kas daudzos aspektos pārstāv ļoti progresīvu optisko sistēmu.

Tādējādi cilvēka acs “fokusēšana” tiek veikta, mainot lēcas optisko jaudu, izmantojot gredzenveida muskuļu. Acs optiskās sistēmas spēja radīt atšķirīgus objektu attēlus, kas atrodas dažādos attālumos no tās, tiek saukta par akomodāciju (no latīņu valodas “akomodācija” - adaptācija). Skatoties ļoti tālu objektus, acī iekļūst paralēli stari. Šajā gadījumā tiek teikts, ka acs ir pielāgota bezgalībai.

Diapazons oskops.

Spektroskopu izmanto spektru novērošanai.

Visizplatītākais prizmatiskais spektroskops sastāv no divām caurulēm, starp kurām novietota trīsstūrveida prizma (7. att.).

Pirmās ierīces, kas kļuva plaši izplatītas, bija projektori, lai mērītu un uzraudzītu detaļas ar sarežģītām kontūrām un maziem izmēriem.

Visizplatītākā otrā ierīce ir universālais mērīšanas mikroskops, kurā mērāmā daļa pārvietojas uz gareniskā ratiņa, bet galvas mikroskops pārvietojas uz šķērsvirziena.

Optiskie mērinstrumenti ir plaši izplatīti arī ģeodēzijā (līmenis, teodolīts u.c.).

Teodolīts ir ģeodēzisks instruments virzienu noteikšanai un horizontālo un vertikālo leņķu mērīšanai ģeodēzisko darbu, topogrāfisko un mērniecības darbu laikā, būvniecībā u.c.

Līmenis - ģeodēzisks instruments zemes virsmas punktu pacēlumu mērīšanai - nivelēšanai, kā arī horizontālo virzienu noteikšanai uzstādīšanas laikā u.c. darbojas.

Daudzsološs virziens jauna veida optisko mērinstrumentu izstrādē ir to aprīkošana ar elektroniskām nolasīšanas ierīcēm, kas ļauj vienkāršot nolasīšanu un novērošanu utt.

Secinājums.

Maskavas Izglītības komiteja

Pasaule O R T

Maskavas Tehnoloģiskā koledža

Dabaszinātņu nodaļa

Nobeiguma darbs fizikā

Par tēmu :

Izpilda 14. grupas audzēkne: Rjazantseva Oksana

Skolotājs: Gruzdeva L.N.

- Artsybyshev S.A. Fizika - M.: Medgiz, 1950.

- Ždanovs L.S. Ždanovs G.L. Fizika vidējās izglītības iestādēm - M.: Nauka, 1981.g.

- Landsbergs G.S. Optika - M.: Nauka, 1976.g.

- Landsbergs G.S. Pamatfizikas mācību grāmata. - M.: Nauka, 1986. gads.

- Prohorovs A.M. Lielā padomju enciklopēdija. - M.: Padomju enciklopēdija, 1974.

- Sivukhins D.V. Vispārīgais fizikas kurss: Optika - M.: Nauka, 1980.g.