Геометрическая и волновая оптика. Волновая оптика
С точки зрения волновой оптики свет – это электромагнитные волны, имеющие определенный диапазон частот.
ЯВЛЕНИЯ, ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ СВЕТ КАК ВОЛНУ.
1) Дисперсия – зависимость показателя преломления вещества от частоты (длины волны) проходящего через него света Вследствие дисперсии немонохроматический свет при преломлении, интерференции и дифракции может быть разложен в спектр (на монохроматические составляющие).
Монохроматический свет – это световая волна определенной частоты (свет одного какого – либо цвета). Немонохроматический свет – сложный свет, состоящий из нескольких монохроматических составляющих.
> , > , < (для среды, в вакууме скорость света 
).
< ().Частота колебаний световой волны не изменяется при переходе из одной среды в другую.
Цвета в природе нет, есть электромагнитные волны разной частоты, которые, воздействуя на сетчатку глаза, вызывают ощущение света. Лист бумаги человек воспринимает белым, т.к. он отражает все падающие на него волны видимой части спектра электромагнитных волн. Сажа черная, т.к. она поглощает все падающие на нее волны видимой части спектра. Лист растения зеленый, т.к. он отражает электромагнитную волну такой частоты, которая, попадая на сетчатку глаза, вызывает ощущение зеленого цвета, все остальные волны видимой части спектра лист поглощает.
2) Интерференция света наблюдается, например, в тонких пленках: мыльный пузырь, бензиновая пленка на воде, крылья насекомых и т. д. Два независимых источника света дают некогерентные волны, для получения когерентных световых волн используют либо лазер, либо делят световую волну, идущую от одного источника, на две части, имеющие разность хода. Так в тонких пленках интерференционную картину могут создавать волны, отраженные от внешней и внутренней поверхности пленки. При этом разность хода , где показатель преломления вещества пленки, толщина пленки. Покрывая объективы приборов пленками с показателем преломления меньшим, чем у вещества линзы и подбирая необходимую толщину пленки, добиваютсяпросветления оптики, т.е. сводят к минимуму отраженную от пленки световую энергию.
Интерференционная картина для монохроматического света представляет собой чередование темных полос (колец) и полос (колец), освещенных данным монохроматическим светом.
Интерференционная картина для белого света представляет собой чередование радужных полос (колец).
ПРИМЕР РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ НА ИНТЕРФЕРЕНЦИЮ СВЕТА
Два когерентных источника и излучают монохроматический свет с длиной волны 600 Определить, на каком расстоянии от точки на экране будет первый максимум освещенности, если
4) Дифракцию света можно наблюдать, если препятствие, которое огибает световая волна, очень маленькое (сравнимое с длиной световой волны) или расстояние от препятствия до экрана в огромное число раз превышает размер самого препятствия. В этих случаях законы геометрической оптики не применимы, т. к. свет отклоняется от прямолинейного распространения. Дифракция всегда сопровождается интерференцией.
При дифракции на отверстии в центре экрана находится темное пятно, при дифракции на препятствии в центре экрана образуется светлое пятно.
ДИФРАКЦИОННАЯ РЕШЕТКА – совокупность большого числа параллельных прозрачных для света щелей ширины , разделенных непрозрачными промежутками ширины .Период (постоянная) решетки , где ширина некоторого участка решетки, число штрихов на этом участке. Если на дифракционную решетку падает нормально монохроматический свет, то вследствие дифракции световые волны отклоняются на разные углы .
Если эти волны с помощью линзы собрать на экране, то образуется интерференционная картина, в центре которой расположен центральный (нулевой) максимум, а по обе стороны от него образуются максимумы первого, второго и т. д. порядков.
Если на решетку падает белый свет, то центральный максимум представляет собой белую полоску, по обе стороны от которого наблюдаются цветные спектры разных порядков.
Максимумы образуются при условии . При решении задач для удобства для малых углов () можно заменить на .
Разложение света в спектр с помощью дифракционной решетки или призмы используется при проведении спектрального анализа. С помощью спектрального анализа определяют химический состав вещества (спектр у каждого химического вещества свой, не совпадающий со спектром ни одного другого химического элемента), температуру вещества, скорость движения тел.
| Вид спектра излучения | Какой вид имеет | Какие тела дают |
| Сплошной | Сплошная разноцветная полоса; содержит все длины волн определенного диапазона. | Нагретые твердые и жидкие вещества. |
| Полосатый | Состоит из отдельных полос, содержащих большое число близко расположенных спектральных линий, разделенных темными промежутками. | Нагретые вещества в газообразном молекулярном состоянии. |
| Линейчатый | Состоит из отдельных светящихся линий, разделенных темными промежутками, т. е. содержит только определенные длины волн. | Нагретые вещества в газообразном атомарном состоянии. |
| Поглощения (может быть сплошной, полосатый, линейчатый). | В сплошном спектре содержатся темные линии (линии поглощения).Причем, атомы и молекулы данного вещества поглощают свет тех же длин волн, которые они сами способны излучать. | Образуется при прохождении излучения через прозрачное вещество. |
5) Поляризация света возможна вследствие того, что свет является поперечной волной. Естественный свет представляет собой волну, в которой колебания вектора происходят в разных плоскостях, если колебания вектора происходят в одной определенной плоскости, то свет оказывается поляризованным. Поляризовать свет можно, например, с помощью кристалла турмалина, который вследствие своей анизотропии пропускает световые волны с колебаниями, лежащими в одной плоскости.
Световые волны.
Законы геометрической (лучевой) оптики
Световые волны. Интенсивность света. Световой поток. Законы геометрической оптики. Полное внутреннее отражение
Оптика – это раздел физики, изучающий природу светового излучения, его распространение и взаимодействие с веществом. Раздел оптики, в котором изучается волновая природа света, называется волновой оптикой. Волновая природа света лежит в основе таких явлений, как интерференция, дифракция, поляризация. Раздел оптики, в котором не учитываются волновые свойства света и который основывается на понятии луча, называется геометрической оптикой.
§ 1. СВЕТОВЫЕ ВОЛНЫ
Согласно современным представлениям, свет представляет собой сложное явление: в одних случаях он ведет себя как электромагнитная волна, в других – как поток особых частиц (фотонов). Такое свойство называется корпускулярноволновым дуализмом (корпускула – частица, дуализм – двойственность). В этой части курса лекций будем рассматривать волновые явления света.
Световая волна – это электромагнитная волна с длиной волны в вакууме в диапазоне:
= (0,4 ¸ 0,76) × 10 − 6 м = 0,4 ¸ 0,76 мкм = 400 ¸ 760 нм = |
||||||||
4 000 ¸ |
||||||||
A – |
ангстрем – единица измерения длины. 1A = 10−10 м. |
|||||||
Волны такого диапазона воспринимаются человеческим глазом. |
||||||||
Излучение с длиной волны меньше 400 нм называют ультрафиолетовым, а |
||||||||
с большей, чем 760 нм, – |
инфракрасным. |
|||||||
Частота n световой волны для видимого света: |
||||||||
= (0,39¸ 0,75) × 1015 Гц, |
||||||||
с = 3× 108 м/с - скорость света в вакууме. |
||||||||
Скорость |
совпадает |
скоростью |
распространения |
|||||
электромагнитной волны. |
||||||||
Показатель преломления
Скорость распространения света в среде, как и любой электромагнитной волны, равна (см. (7.3)):
Для характеристики оптических свойств среды вводится показатель преломления. Отношение скорости света в вакууме к скорости света в данной среде называется абсолютным показателем преломления:
С учетом (7.3) |
|||||||
так как для большинства прозрачных веществ μ=1.
Формула (8.2) связывает оптические свойства вещества с его электрическими свойствами. Для любой среды, кроме вакуума, n> 1. Для вакуума n = 1, для газов при нормальных условиях n≈ 1.
Показатель преломления характеризует оптическую плотность среды . Среда с большим показателем преломления называется оптически более плотной. Обозначим абсолютные показатели преломления для двух сред:
n 2 = |
|||||||||
Тогда относительный показатель преломления равен: |
|||||||||
n 21 = |
|||||||||
где v 1 и v 2 – |
скорости света в первой и второй среде, соответственно. |
||||||||
диэлектрическая |
проницаемость среды ε зависит от частоты |
||||||||
электромагнитной волны, то n = n(ν) или n = n(λ) – показатель преломления будет зависеть от длины волны света (см. лекции № 16, 17).
Зависимость показателя преломления от длины волны (или частоты) называется дисперсией .
В световой волне, как и в любой электромагнитной волне, колеблются векторы E и H. Эти векторы перпендикулярны друг другу и направлению
вектора v . Как показывает опыт, физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие виды воздействий вызываются колебаниями электрического вектора. Поэтому световой вектор – это вектор напряженности электрического поля световой (электромагнитной) волны.
Для монохроматической световой волны изменение во времени и пространстве проекции светового вектора на направление, вдоль которого он
Здесь k – волновое число; r – расстояние, отсчитываемое вдоль направления распространения волны; E m – амплитуда световой волны. Для плоской волны E m = const , для сферической убывает как 1/r.
§ 2. ИНТЕНСИВНОСТЬ СВЕТА. СВЕТОВОЙ ПОТОК
Частота световых волн очень велика, поэтому приемник света или глаз фиксирует усредненный по времени поток. Интенсивностью света называется модуль среднего по времени значения плотности энергии в данной точке пространства. Для световой волны, как и для любой электромагнитной волны, интенсивность (см (7.8)) равна:
Для световой волны μ≈ 1, поэтому из (7.5) следует:
μ0 H = ε0 ε E ,
откуда с учетом (8.2):
E ~ nE . |
|||||||||
Подставим в (7.8) формулы (8.4) и (8.5). После усреднения получим:
Следовательно, интенсивность света пропорциональна квадрату амплитуды световой волны и показателю преломления. Заметим, что для
вакуума и воздуха n = 1, поэтому I ~ E 2 m (сравните с (7.9)).
Для характеристики интенсивности света с учетом его способности вызывать зрительное ощущение вводится величина Ф, называемая световым потоком. Действие света на глаз сильно зависит от длины волны. Наиболее
чувствителен глаз к излучению с длиной волны λ з = 555 нм (зеленый цвет).
Для других волн чувствительность глаза ниже, а вне интервала (400– 760 нм) чувствительность глаза равна нулю.
Световым потоком называется поток световой энергии, оцениваемый по зрительному ощущению. Единицей светового потока является люмен (лм). Соответственно, интенсивность измеряется либо в энергетических единицах (Вт/м2 ), либо в световых единицах (лм/м2 ).
Интенсивность света характеризует численное значение средней энергии, переносимой световой волной в единицу времени через единицу площади площадки, поставленной перпендикулярно направлению распространения волны. Линии, вдоль которых распространяется световая энергия, называют лучами. Раздел оптики, в котором изучаются законы распространения светового
излучения на основе представлений о световых лучах, называется геометрической, или лучевой оптикой.
§ 3. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ
Геометрическая оптика – это приближенное рассмотрение распространения света в предположении, что свет распространяется вдоль некоторых линий – лучей (лучевая оптика). В этом приближении пренебрегают конечностью длин волн света, полагая, что λ→ 0.
Геометрическая оптика позволяет во многих случаях достаточно хорошо рассчитать оптическую систему. Но в ряде случаев реальный расчет оптических систем требует учета волновой природы света.
Первые три закона геометрической оптики известны с древних времен. 1. Закон прямолинейного распространения света.
Закон прямолинейного распространения света утверждает, что в
однороднойсреде свет распространяется прямолинейно.
Если среда неоднородна, т. е. ее показатель преломления изменяется от точки к точке, или n = n(r) , то свет не будет распространяться по прямой. При
наличии резких неоднородностей, таких, как отверстия в непрозрачных экранах, границы этих экранов, наблюдается отклонение света от прямолинейного распространения.
2. Закон независимости световых лучей утверждает, что лучи при пересечениине возмущают друг друга . При больших интенсивностях этот закон не соблюдается, происходит рассеяние света на свете.
3 и 4. Законы отражения и преломления утверждают, что на границе раздела двух сред происходит отражение и преломление светового луча. Отраженный и преломленный лучи лежат в одной плоскости с падающим
лучом и перпендикуляром, восстановленным к границе раздела в точке падения
Угол падения равен углу отражения:
Законы отражения и преломления могут нарушаться в анизотропных средах, т. е. средах, преломления зависит от направления в пространстве.
для которых показатель
Свет – это электромагнитные волны, длины волн которых лежат для среднего глаза человека в пределах от 400 до 760 нм. В этих пределах свет называется видимым . Свет с наибольшей длиной волны кажется нам красным, а с наименьшей – фиолетовым. Запомнить чередование цветов спектра легко с помощью поговорки «К аждый О хотник Ж елает З нать, Г де С идит Ф азан». Первые буквы слов поговорки соответствуют первым буквам основных цветов спектра в порядке убывания длины волны (и соответственно возрастания частоты): «К расный – О ранжевый – Ж елтый – З еленый – Г олубой – С иний – Ф иолетовый». Свет с большими, чем у красного, длинами волн, называется инфракрасным . Его наш глаз не замечает, но наша кожа фиксирует такие волны в виде теплового излучения. Свет с меньшими, чем у фиолетового, длинами волн, называется ультрафиолетовым .
Электромагнитные волны (и, в частности, световые волны , или просто свет ) – это распространяющееся в пространстве и во времени электромагнитное поле. Электромагнитные волны поперечны – векторы электрической напряженности и магнитной индукции перпендикулярны друг другу и лежат в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Световые волны, как и любые другие электромагнитные волны, распространяются в веществе с конечной скоростью, которая может быть рассчитана по формуле:
где: ε и μ – диэлектрическая и магнитная проницаемости вещества, ε 0 и μ 0 – электрическая и магнитная постоянные: ε 0 = 8,85419·10 –12 Ф/м, μ 0 = 1,25664·10 –6 Гн/м. Скорость света в вакууме (где ε = μ = 1) постоянна и равна с = 3∙10 8 м/с, она также может быть вычислена по формуле:
Скорость света в вакууме является одной из фундаментальных физических постоянных. Если свет распространяется в какой-либо среде, то скорость его распространения также выражается следующим соотношением:
где: n – показатель преломления вещества – физическая величина, показывающая во сколько раз скорость света в среде меньше чем в вакууме. Показатель преломления, как видно из предыдущих формул, может быть рассчитан следующим образом:
- Свет переносит энергию. При распространении световых волн возникает поток электромагнитной энергии.
- Световые волны испускаются в виде отдельных квантов электромагнитного излучения (фотонов) атомами или молекулами.
Кроме света существуют и другие виды электромагнитных волн. Далее они перечислены по уменьшению длины волны (и соответственно, по возрастанию частоты):
- Радиоволны;
- Инфракрасное излучение;
- Видимый свет;
- Ультрафиолетовое излучение;
- Рентгеновское излучение;
- Гамма-излучение.
Интерференция
Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Оно связано с перераспределением световой энергии в пространстве при наложении так называемых когерентных волн, то есть волн, имеющих одинаковые частоты и постоянную разность фаз. Интенсивность света в области перекрытия пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра.
Для расчета интерференции используется понятие оптической длины пути . Пусть свет прошел расстояние L в среде с показанием преломления n . Тогда его оптическая длина пути рассчитывается по формуле:
Для интерференции необходимо наложение хотя бы двух лучей. Для них вычисляется оптическая разность хода (разность оптических длин) по следующей формуле:
Именно эта величина и определяет, что получится при интерференции: минимум или максимум. Запомните следующее: интерференционный максимум (светлая полоса) наблюдается в тех точках пространства, в которых выполняется следующее условие:
При m = 0 наблюдается максимум нулевого порядка, при m = ±1 максимум первого порядка и так далее. Интерференционный минимум (темная полоса) наблюдается при выполнении следующего условия:
Разность фаз колебаний при этом составляет:
При первом нечетном числе (единица) будет минимум первого порядка, при втором (тройка) минимум второго порядка и т.д. Минимума нулевого порядка не бывает.
Дифракция. Дифракционная решетка
Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий, размеры которых сопоставимы с длиной волны света (огибание светом препятствий). Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени (то есть быть там, где его быть не должно). Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.
Дифракционные решетки представляют собой периодические структуры, выгравированные специальной делительной машиной на поверхности стеклянной или металлической пластинки. У хороших решеток параллельные друг другу штрихи имеют длину порядка 10 см, а на каждый миллиметр приходится до 2000 штрихов. При этом общая длина решетки достигает 10–15 см. Изготовление таких решеток требует применения самых высоких технологий. На практике применяются также и более грубые решетки с 50–100 штрихами на миллиметр, нанесенными на поверхность прозрачной пленки.
При нормальном падении света на дифракционную решетку в некоторых направлениях (помимо того, в котором изначально падал свет) наблюдаются максимумы. Для того, чтобы наблюдался интерференционный максимум , должно выполняться следующее условие:
где: d – период (или постоянная) решетки (расстояние между соседними штрихами), m – целое число, которое называется порядком дифракционного максимума. В тех точках экрана, для которых это условие выполнено, располагаются так называемые главные максимумы дифракционной картины.
Законы геометрической оптики
Геометрическая оптика – это раздел физики, в котором не учитываются волновые свойства света. Основные законы геометрической оптики были известны задолго до установления физической природы света.
Оптически однородная среда - это среда, во всем объеме которой показатель преломления остаётся неизменным.
Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Этот закон приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны (в этом случае наблюдается дифракция).
На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а частично пройти через границу и распространяться во второй среде.
Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α . Заметьте, что все углы в оптике измеряются от перпендикуляра к границе раздела двух сред.
Закон преломления света (закон Снеллиуса): падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред, и определяется выражением:
Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В.Снеллиусом в 1621 году. Постоянную величину n 21 называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления .
Среду с большим значением абсолютного показателя называют оптически более плотной, а с меньшим – менее плотной. При переходе из менее плотной среды в более плотную луч «прижимается» к перпендикуляру, а при переходе из более плотной в менее плотную – «удаляется» от перпендикуляра. Единственный случай, когда луч не преломляется, это если угол падения равен 0 (то есть лучи перпендикулярны границе раздела сред).
При переходе света из оптически более плотной среды в оптически менее плотную n 2 < n 1 (например, из стекла в воздух) можно наблюдать явление полного внутреннего отражения , то есть исчезновение преломленного луча. Это явление наблюдается при углах падения, превышающих некоторый критический угол α пр, который называется предельным углом полного внутреннего отражения . Для угла падения α = α пр, sinβ = 1, так как β = 90°, это значит, что преломленный луч идет вдоль самой границы раздела, при этом, согласно закону Снеллиуса, выполняется следующее условие:
Как только угол падения становиться больше предельного, то преломленный луч уже не просто идет вдоль границы, а он и вовсе не появляется, так как его синус теперь уж должен быть больше единицы, а такого не может быть.
Линзы
Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой .
Линзы бывают собирающими и рассеивающими . Если показатель преломления линзы больше, чем окружающей среды, то собирающая линза в середине толще, чем у краев, рассеивающая линза, наоборот, в средней части тоньше. Если показатель преломления линзы меньше, чем окружающей среды, то всё наоборот.
Прямая, проходящая через центры кривизны сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы . В случае тонких линз можно приближенно считать, что главная оптическая ось пересекается с линзой в одной точке, которую принято называть оптическим центром линзы . Луч света проходит через оптический центр линзы, не отклоняясь от первоначального направления. Все прямые, проходящие через оптический центр, называются побочными оптическими осями .
Если на линзу направить пучок лучей, параллельных главной оптической оси, то после прохождения через линзу лучи (или их продолжения) соберутся в одной точке F , которая называется главным фокусом линзы . У тонкой линзы имеются два главных фокуса, симметрично расположенных относительно линзы на главной оптической оси. У собирающих линз фокусы действительные, у рассеивающих – мнимые. Расстояние между оптическим центром линзы O и главным фокусом F называется фокусным расстоянием . Оно обозначается той же буквой F .
Формула линзы
Основное свойство линз – способность давать изображения предметов. Изображение – это точка пространства, где пересекаются лучи (или их продолжения), испущенные источником после преломления в линзе. Изображения бывают прямыми и перевернутыми , действительными (пересекаются сами лучи) и мнимыми (пересекаются продолжения лучей), увеличенными и уменьшенными .
Положение изображения и его характер можно определить с помощью геометрических построений. Для этого используют свойства некоторых стандартных лучей, ход которых известен. Это лучи, проходящие через оптический центр или один из фокусов линзы, а также лучи, параллельные главной или одной из побочных оптических осей.
Для простоты можно запомнить, что изображение точки будет точкой. Изображение точки, лежащей на главной оптической оси, лежит на главной оптической оси. Изображение отрезка – отрезок. Если отрезок перпендикулярен главной оптической оси, то его изображение перпендикулярно главной оптической оси. А вот если отрезок наклонен к главной оптической оси под некоторым углом, то его изображение будет наклонено уже под некоторым другим углом.
Изображения можно также рассчитать с помощью формулы тонкой линзы . Если кратчайшее расстояние от предмета до линзы обозначить через d , а кратчайшее расстояние от линзы до изображения через f , то формулу тонкой линзы можно записать в виде:
Величину D , обратную фокусному расстоянию. называют оптической силой линзы . Единица измерения оптической силы является 1 диоптрия (дптр). Диоптрия – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м.
Фокусным расстояниям линз принято приписывать определенные знаки: для собирающей линзы F > 0, для рассеивающей F < 0. Оптическая сила рассеивающей линзы также отрицательна.
Величины d и f также подчиняются определенному правилу знаков: f > 0 – для действительных изображений; f < 0 – для мнимых изображений. Перед d знак «–» ставится только в том случае, когда на линзу падает сходящийся пучок лучей. Тогда их мысленно продлевают до пересечения за линзой, помещают туда воображаемый источник света, и определяют для него расстояние d .
В зависимости от положения предмета по отношению к линзе изменяются линейные размеры изображения. Линейным увеличением линзы Γ называют отношение линейных размеров изображения и предмета. Для линейного увеличения линзы существует формула:
На этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.
Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того на что Вы способны.
Нашли ошибку?
Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на почту. Написать об ошибке можно также в социальной сети (). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
ВОЛНОВАЯ ОПТИКА
Раздел физ. оптики, изучающий совокупность явлений, в к-рых проявляется волн. природа света. Представления о волн. хар-ре распространения света восходят к основополагающим работам голл. учёного 2-й пол. 17 в. X. Гюйгенса. Существ. развитие В. о. получила в исследованиях Т. Юнга (Великобритания), О. Френеля, Д. Араго (Франция) и др., когда были проведены принципиальные опыты, позволившие не только наблюдать, но и объяснить явления интерференции света, дифракции света, измерить длину , установить поперечность световых колебаний и выявить другие особенности распространения световых волн. Но для согласования поперечности световых волн с осн. идеей В. о. о распространении упругих колебаний в изотропной среде пришлось наделить эту среду (мировой ) рядом трудносогласуемых между собой требований. Гл. часть этих затруднений была разрешена в кон. 19 в. англ. физиком Дж. Максвеллом при анализе ур-ний, связывающих быстропеременные электрич. и магн. поля. В работах Максвелла была создана новая В. о.- эл.-магн. теория света, с помощью к-рой оказалось совсем простым объяснение целого ряда явлений, напр. поляризации света и количеств. соотношений при переходе света из одного прозрачного диэлектрика в другой (см. ФРЕНЕЛЯ ФОРМУЛЫ). Применение эл.-магн. теории в разл. задачах В. о. показало согласие с экспериментом. Так, напр., было предсказано явление светового давления, существование к-рого было доказано П. Н. Лебедевым (1899). Дополнение эл.-магн. теории света модельными представлениями электронной теории (см. ЛОРЕНЦА - МАКСВЕЛЛА УРАВНЕНИЯ) позволило просто объяснить зависимость показателя преломления от длины волны (дисперсию света) и др. эффекты.
Дальнейшее расширение границ В. о. произошло в результате применения идей спец. теории относительности (см. ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ ТЕОРИЯ), эксперим. обоснование к-рой было связано с тонкими оптич. опытами, в к-рых осн. роль играла относит. источника и приёмника света (см. МАЙКЕЛЪСОНА ОПЫТ). Развитие этих представлений позволило исключить из рассмотрения мировой эфир не только как среду, в к-рой распространяются эл.-магн. волны, но и как абстрактную систему отсчёта.
Однако анализ опытных данных по равновесному тепловому излучению и фотоэффекту показал, что В. о. имеет определ. границы приложения. Распределение энергии в спектре теплового излучения удалось объяснить нем. физику М. Планку (1900), к-рый пришёл к заключению, что элементарная колебат. система излучает и поглощает энергию не непрерывно, а порциями - квантами. Развитие А. Эйнштейном теории квантов привело к созданию физики фотонов - новой корпускулярной оптики, к-рая, дополняя эл.-магн. теорию света, полностью соответствует общепризнанным представлениям о дуализме света.
Физический энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1983 .
Смотреть что такое "ВОЛНОВАЯ ОПТИКА" в других словарях:
Волновая оптика раздел оптики, который описывает распространение света с учётом его волновой природы. Явления волновой оптики интерференция, дифракция, поляризация и т. п. См. также Волновая оптика в природе Ссылки … Википедия
Раздел физической оптики, изучающий совокупность таких явлений, как дифракция света, интерференция света, поляризация света, в которых проявляется волновая природа света … Большой Энциклопедический словарь
волновая оптика - — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN physical optics … Справочник технического переводчика
Раздел физической оптики, изучающий совокупность явлений, в которых проявляется волновая природа света, таких как дифракция света, интерференция света, поляризация света. * * * ВОЛНОВАЯ ОПТИКА ВОЛНОВАЯ ОПТИКА, раздел физической оптики, изучающий… … Энциклопедический словарь
волновая оптика - banginė optika statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. wave optics vok. Wellenoptik, f rus. волновая оптика, f pranc. optique d’ondes, f; optique ondulatoire, f … Fizikos terminų žodynas
Раздел физ. оптики, изучающий совокупность явлений, в к рых проявляется волновая природа света, таких как дифракция света, интерференция света, поляризация света … Естествознание. Энциклопедический словарь
Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии. Содержание … Википедия
Квантовая механика … Википедия
Таблица «Оптика» из энциклопедии 1728 г. О … Википедия
Оптика волновая - раздел физической оптики, изучающий совокупность явлений, в которых проявляется волновая природа света. Первые работы X. Гюйгенса (1629 1695) 2 й пол. 17 в. Существенное развитие волновая оптика получила в исследованиях T. Юнга (1773 1829), О.… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов
Книги
- Волновая оптика Издание пятое стереотипное , Калитеевский Н.. В учебнике Н. И. Калитеевского "Волновая оптика" рассматриваются основы электромагнитной теории света.. Должное внимание уделено эксперименту. Изложение свойств электромагнитных волн…
Волновая оптика – раздел оптики, рассматривает процессы и явления, в которых проявляются волновые свойства света. Любому волновому движению присущи явления интерференции и дифракции. Для света эти явления экспериментально наблюдались, что подтверждает волновую природу света. В основу волновой теории был положен принцип Гюйгенса, согласно которому каждая точка, до которой доходит волна, становится центром вторичных волн, а огибающая этих волн дает положение волнового фронта в следующий момент времени. Рассматривая интерференцию вторичных волн, удалось объяснить прямолинейность распространения света. С помощью принципа Гюйгенса были объяснены законы геометрической оптики – законы отражения и преломления света. Рассматривая интерференцию вторичных волн, можно понять, как возникает дифракционная картина при падении света на различные препятствия.
Интерференция – явление сложения в пространстве двух или более волн, при котором в разных его точках получается усиление или ослабление амплитуды результирующей волны. Для образования устойчивой интерференционной картины необходимо, чтобы волны накладывались в данной точке пространства с неизменной разностью фаз колебаний. Такие волны называются когерентными волнами , а источники таких волн называются когерентными источниками . Интерференция характерна для волн различной природы, в том числе для световых волн. Естественные источники света не являются когерентными источниками, поэтому интерференция световых волн от них не наблюдается.
В опыте Юнга когерентными источниками являлись две щели, на которые падала одна и та же первичная волна. В бипризме Френеля первичная световая волна преломляется, что приводит к появлению двух когерентных мнимых источников, от которых можно наблюдать интерференционную картину. Интерференцию можно наблюдать, если разделить первичную волну (первичный световой пучок) на два световых пучка, которые проходят разный путь и снова накладываются друг на друга (интерференция в тонких пленках, кольца Ньютона).
Дифракция света – явление огибания световыми волнами встречных препятствий с размерами, соизмеримыми с длиной волны, или проникновение света в область геометрической тени (например, в случае отверстия, размеры которого соизмеримы с длиной волны). Явление объясняется интерференцией вторичных волн, которые испускаются каждой точкой фронта первичной волны (основной принципа волновой оптики - принципа Гюйгенса-Френеля). Если размер отверстия гораздо больше длины волны света, то интерференция вторичных волн, возникающих в плоскости отверстия, приводит к тому, что в области геометрической тени интенсивность света равна нулю, т.е. приходим к объяснению закона прямолинейности распространения света в рамках волновой оптики. С волновой точки зрения световой пучок представляет собой ту область, в которой интерференция вторичных волн приводит к увеличению интенсивности света.
Заметим, что в волновой оптике, в отличие от геометрической оптики, понятие луча света утрачивает физический смысл, но используется для обозначения направления распространения световой волны.