CUERPO ABSOLUTAMENTE NEGRO– un modelo mental de un cuerpo que, a cualquier temperatura, absorbe completamente toda la radiación electromagnética que incide sobre él, independientemente de su composición espectral. Radiación A.h.t. determinado sólo por su temperatura absoluta y no depende de la naturaleza de la sustancia.
LUZ BLANCA- complejo electromagnético radiación , causando una sensación de color neutro en los ojos de una persona.
RADIACIÓN VISIBLE- radiación óptica con longitudes de onda de 380 - 770 nm, capaz de provocar una sensación visual en los ojos humanos.
Emision estimulada, radiación inducida: la emisión de ondas electromagnéticas por partículas de materia (átomos, moléculas, etc.) ubicadas en un estado excitado, es decir. Estado de desequilibrio bajo la influencia de radiación forzada externa. Y en. coherentemente (Ver coherencia) con radiación forzada y en determinadas condiciones puede provocar una amplificación y generación de ondas electromagnéticas. ver también generador cuántico .
HOLOGRAMA- un patrón de interferencia registrado en una placa fotográfica, formado por dos ondas coherentes (ver. coherencia): una onda de referencia y una onda reflejada por un objeto iluminado por la misma fuente de luz. Al reconstruir G., percibimos una imagen tridimensional de un objeto.
HOLOGRAFÍA- un método para obtener imágenes tridimensionales de objetos, basado en el registro y posterior reconstrucción del frente de onda reflejado por estos objetos. La obtención de un holograma se basa en.
PRINCIPIO DE HUYGEN- un método que permite determinar la posición del frente de onda en cualquier momento. Según g.p. Todos los puntos por los que pasa el frente de onda en el tiempo t son fuentes de energía secundaria. ondas esféricas, y la posición deseada del frente de onda en el tiempo t+Dt coincide con la superficie que envuelve todas las ondas secundarias. Permite explicar las leyes de reflexión y refracción de la luz.
HUYGENS - FRESNEL - PRINCIPIO- un método aproximado para resolver problemas de propagación de ondas. G.-F. p. establece: en cualquier punto ubicado fuera de una superficie cerrada arbitraria que cubre una fuente puntual de luz, la onda de luz excitada por esta fuente se puede representar como el resultado de la interferencia de ondas secundarias emitidas por todos los puntos de la superficie cerrada especificada. Le permite resolver problemas simples.
PRESIÓN LIGERA - presión, producida por la luz sobre una superficie iluminada. Desempeña un papel importante en los procesos cósmicos (formación de colas de cometas, equilibrio de grandes estrellas, etc.).
IMAGEN REAL- cm. .
DIAFRAGMA- un dispositivo para limitar o cambiar el haz de luz en un sistema óptico (por ejemplo, la pupila del ojo, la montura de una lente, la lente de una cámara).
DISPERSIÓN DE LA LUZ- dependencia de absoluta índice de refracción sustancias de la frecuencia de la luz. Existe una distinción entre radiación normal, en la que la velocidad de la onda luminosa disminuye al aumentar la frecuencia, y radiación anómala, en la que la velocidad de la onda aumenta. Debido a D.s. un haz estrecho de luz blanca que pasa a través de un prisma hecho de vidrio u otro sustancia transparente, se descompone en espectro dispersivo, formando una franja de arcoíris en la pantalla.
REJILLA DE DIFRACCIÓN- un dispositivo físico que es una colección de gran número trazos paralelos del mismo ancho aplicados sobre una superficie transparente o reflectante a la misma distancia entre sí. Como resultado, en D.r. esta formado espectro de difracción- alternancia de máximos y mínimos de intensidad luminosa.
DIFRACCIÓN DE LA LUZ- un conjunto de fenómenos causados por la naturaleza ondulatoria de la luz y que se observan cuando se propaga en un medio con pronunciadas faltas de homogeneidad (por ejemplo, al pasar a través de agujeros, cerca de los límites de cuerpos opacos, etc.). EN en el sentido estricto bajo D.s. comprender la curvatura de la luz alrededor de pequeños obstáculos, es decir, desviación de las leyes de la óptica geométrica. Jugando papel importante en el funcionamiento de instrumentos ópticos, limitándolos resolución.
EFECTO DOPPLER– fenómeno de cambio frecuencias de vibración Ondas sonoras u electromagnéticas percibidas por un observador debido al movimiento mutuo del observador y la fuente de las ondas. Al acercarse se detecta un aumento de frecuencia, y al alejarse se detecta una disminución.
LUZ NATURAL- un conjunto de ondas de luz incoherentes con todos los planos de vibración posibles y con la misma intensidad de vibración en cada uno de estos planos. ES casi todo el mundo emite manantiales naturales luz, porque Consisten en una gran cantidad de centros de radiación (átomos, moléculas) orientados de manera diferente que emiten ondas de luz, cuya fase y plano de vibración pueden ser aceptados por todos. valores posibles. ver también polarización de la luz, coherencia.
ESPEJO OPTICO– un cuerpo con una superficie pulida o recubierta con una capa reflectante (plata, oro, aluminio, etc.) en la que se produce una reflexión cercana a la especular (ver. reflexión).
IMAGEN ÓPTICA– una imagen de un objeto obtenida como resultado de la acción de un sistema óptico (lentes, espejos) sobre los rayos de luz emitidos o reflejados por el objeto. Existe una distinción entre información real (obtenida en la pantalla o retina del ojo cuando los rayos que pasan por el sistema óptico se cruzan) e información imaginaria. . (obtenido en la intersección de las continuaciones de los rayos).
INTERFERENCIA DE LUZ- el fenómeno de la superposición de dos o más coherente ondas de luz polarizadas linealmente en un plano, en las que la energía de la onda de luz resultante se redistribuye en el espacio dependiendo de la relación entre las fases de estas ondas. El resultado del I.S., observado en una pantalla o placa fotográfica, se denomina patrón de interferencia. I. la luz blanca conduce a la formación de un patrón de arco iris (colores de películas finas, etc.). Encuentra aplicación en holografía, para limpiar ópticas, etc.
RADIACIÓN INFRARROJA - radiación electromagnética con longitudes de onda desde 0,74 micras hasta 1-2 mm. Emitido por todos los cuerpos que tienen una temperatura superior. cero absoluto(Radiación termal).
CUÁNTO DE LUZ- lo mismo que fotón.
COLIMADOR- un sistema óptico diseñado para producir un haz de rayos paralelos.
EFECTO COMPTON– fenómeno de dispersión electro radiación magnética longitudes de onda cortas (rayos X y radiación gamma) para electrones libres, acompañado de un aumento longitud de onda.
LÁSER, generador cuántico óptico - generador cuántico Radiación electromagnética en el rango óptico. Genera radiación electromagnética coherente monocromática, que tiene una directividad estrecha y una densidad de potencia significativa. Se utiliza en localización óptica, para procesar sólidos y materiales refractarios, en cirugía, espectroscopia y holografía, para calentamiento de plasma. Casarse. Máser.
ESPECTROS DE LINEA- espectros que consisten en individuos estrechos líneas espectrales. Emitido por sustancias en estado atómico.
LENTEóptico - cuerpo transparente, limitado por dos curvilíneos (generalmente esféricos) o curvilíneos y superficies planas. Una lente se llama delgada si su espesor es pequeño en comparación con los radios de curvatura de sus superficies. Hay lentes convergentes (que convierten un haz de rayos paralelo en uno convergente) y lentes divergentes (que convierten un haz de rayos paralelo en uno divergente). Se utilizan en instrumentos ópticos, óptico-mecánicos y fotográficos.
Lupa- coleccionar lente o un sistema de lentes con un pequeño longitud focal(10 - 100 mm), ofrece un aumento de 2 a 50x.
RAYO– una línea imaginaria a lo largo de la cual se propaga la energía de la radiación en la aproximación óptica geométrica, es decir. si no se observan fenómenos de difracción.
MASER - generador cuántico Radiación electromagnética en el rango de centímetros. Se caracteriza por una alta monocromaticidad, coherencia y una directividad de radiación estrecha. Se utiliza en radiocomunicaciones, radioastronomía, radares y también como generador de oscilaciones de frecuencia estables. Casarse. .
EXPERIENCIA MICHAELSON- un experimento diseñado para medir la influencia del movimiento de la Tierra en el valor velocidad de la luz. Resultado negativo M.o. se convirtió en uno de los terrenos experimentales teoría de la relatividad.
MICROSCOPIO- un dispositivo óptico para observar objetos pequeños invisibles a simple vista. El aumento del microscopio es limitado y no supera los 1500. Cf. microscopio electrónico.
IMAGEN VIMARIA- cm. .
RADIACIÓN MONOCROMÁTICA- modelo mental radiación electromagnética una frecuencia específica. Strogogo M.I. no existe, porque cualquier radiación real está limitada en el tiempo y cubre un cierto rango de frecuencia. Fuentes de radiación cercanas a m. generadores cuánticos.
ÓPTICA- una rama de la física que estudia los patrones de los fenómenos luminosos (ópticos), la naturaleza de la luz y su interacción con la materia.
EJE ÓPTICO- 1) PRINCIPAL - línea recta en la que se ubican los centros de las superficies refractivas o reflectantes que forman el sistema óptico; 2) LADO: cualquier línea recta que pasa por el centro óptico de una lente delgada.
POTENCIA ÓPTICA lentes: una cantidad utilizada para describir el efecto refractivo de una lente y lo inverso longitud focal. D=1/F. Medido en dioptrías (dopters).
RADIACIÓN ÓPTICA- radiación electromagnética, cuyas longitudes de onda están en el rango de 10 nm a 1 mm. K o.i. relatar radiación infrarroja, , .
REFLEJO DE LUZ– el proceso de retorno de una onda de luz cuando incide en la interfaz entre dos medios que tienen diferentes indíces refractivos. volver al entorno original. Gracias o.s. vemos cuerpos, no emitiendo luz. Distinguir reflejo de espejo(un haz de rayos paralelo permanece paralelo después de la reflexión) y reflexión difusa(el haz paralelo se convierte en un haz divergente).
– un fenómeno observado durante la transición de la luz de un medio ópticamente más denso a uno ópticamente menos denso, si el ángulo de incidencia es mayor que el ángulo de incidencia límite, donde norte – índice de refracción del segundo medio con respecto al primero. En este caso, la luz se refleja completamente desde la interfaz entre los medios.
LEY DE REFLEJOS DE ONDAS- el rayo incidente, el rayo reflejado y la perpendicular elevada al punto de incidencia del rayo se encuentran en el mismo plano y el ángulo de incidencia es igual al ángulo de refracción. La ley es válida para el reflejo especular.
ABSORCIÓN DE LUZ- una disminución de la energía de una onda de luz durante su propagación en la materia, que se produce como resultado de la conversión de la energía de las olas en energía interna Sustancias o energía de radiación secundaria que tienen una composición espectral diferente y una dirección de propagación diferente.
1) ABSOLUTO: un valor igual a la relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de fase de la luz en un medio determinado: . Depende de la composición química del medio, su estado (temperatura, presión, etc.) y la frecuencia de la luz (ver. dispersión de la luz).2) RELATIVO - (p.p. del segundo medio con respecto al primero) un valor igual a la relación entre la velocidad de fase en el primer medio y la velocidad de fase en el segundo: . O.p.p. igual a la proporción indicador absoluto refracción del segundo medio al absoluto pp. ambiente de plumas.
POLARIZACIÓN DE LA LUZ– un fenómeno que conduce al ordenamiento de los vectores de tensión campo eléctrico e inducción magnética de una onda de luz en un plano perpendicular al haz de luz. La mayoría de las veces ocurre durante la reflexión y refracción de la luz, así como durante la propagación de la luz en un medio anisotrópico.
REFRACCIÓN DE LA LUZ– un fenómeno que consiste en un cambio en la dirección de propagación de la luz (onda electromagnética) al pasar de un medio a otro, diferente del primero índice de refracción. Para la refracción, se cumple la ley: el rayo incidente, el rayo refractado y la perpendicular elevada al punto de incidencia del rayo se encuentran en el mismo plano, y para estos dos medios la relación entre el seno del ángulo de incidencia y el El seno del ángulo de refracción es un valor constante llamado indicador relativo refracción el segundo entorno respecto del primero. La razón de la refracción es la diferencia en las velocidades de fase en diferentes medios.
PRISMA ÓPTICO- un cuerpo formado por una sustancia transparente, delimitado por dos planos no paralelos sobre los que se refracta la luz. Utilizado en instrumentos ópticos y espectrales.
DIFERENCIA DE CARRERA – cantidad física, igual a la diferencia longitudes del camino óptico de dos rayos de luz.
DISPERSIÓN DE LA LUZ- fenómeno que consiste en la desviación de un haz de luz que se propaga en un medio en todas las direcciones posibles. Es causada por la heterogeneidad del medio y la interacción de la luz con partículas de materia, durante la cual cambia la dirección de propagación, la frecuencia y el plano de oscilaciones de la onda luminosa.
LUZ, radiación luminosa, que puede provocar una sensación visual.
ONDA DE LUZ - onda electromagnética en el rango de longitud de onda radiación visible. Frecuencia (conjunto de frecuencias) r.v. determina el color, la energía r.v. es proporcional al cuadrado de su amplitud.
LUZ GUÍA- un canal para transmitir luz, que tiene dimensiones muchas veces mayores que la longitud de onda de la luz. Luz en el pueblo se propaga debido a la reflexión interna total.
VELOCIDAD DE LA LUZ en el vacío (c) - una de las constantes físicas básicas, igual a la velocidad Propagación de ondas electromagnéticas en el vacío. s=(299 792 458 ± 1,2) m/s. S.s. - la velocidad máxima de propagación de cualquier interacción física.
ESPECTRO ÓPTICO- distribución por frecuencia (o longitud de onda) de la intensidad de la radiación óptica de un determinado cuerpo (espectro de emisión) o de la intensidad de absorción de la luz al atravesar una sustancia (espectro de absorción). Hay S.O.: rayado, que consta de líneas espectrales individuales; rayado, que consta de grupos (rayas) de estrechamente relacionados líneas espectrales; sólido, correspondiente a la radiación (emisión) o absorción de luz en un amplio rango de frecuencia.
LÍNEAS ESPECTRALES- secciones estrechas en espectros ópticos que corresponden casi a la misma frecuencia (longitud de onda). Cada S. l. cumple con un cierto transición cuántica.
ANÁLISIS ESPECTRAL- método físico de cualitativo y análisis cuantitativo composición química de sustancias, basada en el estudio de su espectros ópticos. Es muy sensible y se utiliza en química, astrofísica, metalurgia, exploración geológica, etc. Bases teóricas S.a. es .
ESPECTRÓGRAFO- un dispositivo óptico para obtener y registrar simultáneamente el espectro de radiación. La parte principal de S. - prisma óptico o .
ESPECTROSCOPIO- un dispositivo óptico para la observación visual del espectro de radiación. La parte principal de la lente es un prisma óptico.
ESPECTROSCOPIA- rama de la física que estudia espectros ópticos con el fin de aclarar la estructura de los átomos, las moléculas, así como la materia en sus diversos estados de agregación.
AUMENTAR sistema óptico: la relación entre el tamaño de la imagen producida por el sistema óptico y tamaño real sujeto.
RADIACIÓN ULTRAVIOLETA- radiación electromagnética con una longitud de onda en el vacío de 10 nm a 400 nm. También provocan luminiscencia en muchas sustancias. Biológicamente activo.
PLANO FOCAL- un plano perpendicular al eje óptico del sistema y que pasa por su foco principal.
ENFOCAR- el punto en el que se recoge un haz paralelo de rayos luminosos que atraviesa el sistema óptico. Si el haz es paralelo al eje óptico principal del sistema, entonces el haz se encuentra sobre este eje y se llama principal.
LONGITUD FOCAL- la distancia entre el centro óptico de una lente delgada y el foco. EFECTO FOTOeléctrico, el efecto fotoeléctrico es el fenómeno de la emisión de electrones por una sustancia bajo la influencia de una radiación electromagnética (f. externa). Observado en gases, líquidos y sólidos. Descubierto por G. Hertz y estudiado por A.G. Stoletov. Patrones básicos f. explicado sobre la base de conceptos cuánticos por A. Einstein.
COLOR- sensación visual causada por la luz de acuerdo con su composición espectral y la intensidad de la radiación reflejada o emitida.
Óptica geométrica– un caso de óptica extremadamente simple. Esencialmente, se trata de una versión simplificada de la óptica ondulatoria que no considera o simplemente no asume fenómenos como la interferencia y la difracción. Aquí todo está simplificado al extremo. Y esto es bueno.
Conceptos básicos
Óptica geométrica– una rama de la óptica que examina las leyes de la propagación de la luz en medios transparentes, las leyes de la reflexión de la luz desde superficies de espejo, principios de obtención de imágenes cuando la luz pasa a través de sistemas ópticos.
¡Importante!¡Todos estos procesos se consideran sin tener en cuenta las propiedades ondulatorias de la luz!
En la vida, la óptica geométrica, al ser un modelo extremadamente simplificado, encuentra una amplia aplicación. Como es eso mecanica clasica y la teoría de la relatividad. A menudo es mucho más fácil realizar los cálculos necesarios en el marco de la mecánica clásica.
El concepto básico de la óptica geométrica es Haz de luz.
Tenga en cuenta que un haz de luz real no se propaga a lo largo de una línea, sino que tiene una distribución angular finita, que depende del tamaño transversal del haz. La óptica geométrica ignora las dimensiones transversales del haz.
Ley de propagación rectilínea de la luz.
Esta ley nos dice que en un medio homogéneo la luz viaja en línea recta. En otras palabras, del punto A al punto B, la luz se mueve a lo largo de un camino que requiere un tiempo mínimo para recorrerlo.
Ley de independencia de los rayos de luz.
La propagación de los rayos de luz se produce de forma independiente unos de otros. ¿Qué significa? Esto significa que la óptica geométrica supone que los rayos no se influyen entre sí. Y se extienden como si no hubiera otros rayos.
Ley de la reflexión de la luz
Cuando la luz encuentra una superficie especular (reflectante), se produce una reflexión, es decir, un cambio en la dirección de propagación. Haz de luz. Entonces, la ley de la reflexión establece que el rayo incidente y reflejado se encuentran en el mismo plano junto con la normal trazada al punto de incidencia. Además, el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión, es decir la normal divide el ángulo entre los rayos en dos partes iguales.
Ley de refracción (de Snell)
En la interfaz entre los medios, además de la reflexión, también se produce la refracción, es decir, el haz se divide en reflejado y refractado.
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La relación de los senos de los ángulos de incidencia y refracción es un valor constante y es igual a la relación de los índices de refracción de estos medios. Esta cantidad también se llama índice de refracción del segundo medio con respecto al primero.
Aquí vale la pena considerar por separado el caso de completa reflexión interna. Cuando la luz se propaga desde un medio ópticamente más denso a un medio menos denso, el ángulo de refracción en magnitud más ángulo caídas. En consecuencia, a medida que aumenta el ángulo de incidencia, también aumentará el ángulo de refracción. Con un cierto ángulo de incidencia límite, el ángulo de refracción será igual a 90 grados. Con un aumento adicional en el ángulo de incidencia, la luz no se refractará hacia el segundo medio y la intensidad de los rayos incidentes y reflejados será igual. Esto se llama reflexión interna total.
Ley de reversibilidad de los rayos de luz.
Imaginemos que un rayo, que se propaga en una determinada dirección, ha sufrido una serie de cambios y refracciones. La ley de reversibilidad de los rayos luminosos establece que si se envía otro rayo hacia este rayo, seguirá el mismo camino que el primero, pero en dirección opuesta.
Continuaremos estudiando los conceptos básicos de la óptica geométrica y, en el futuro, definitivamente veremos ejemplos de resolución de problemas utilizando varias leyes. Bueno, si tienes alguna pregunta ahora, bienvenido a los expertos para obtener las respuestas correctas. servicio estudiantil. ¡Ayudaremos a resolver cualquier problema!
Los científicos antiguos que vivieron en el siglo V a. C. sugirieron que todo en la naturaleza y en este mundo es condicional, y que solo los átomos y el vacío pueden llamarse realidad. Hoy en día se han conservado importantes documentos históricos que confirman el concepto de la estructura de la luz como un flujo constante de partículas que tienen ciertas propiedades físicas. Sin embargo, el término "óptica" aparecerá mucho más tarde. Han brotado las semillas de filósofos como Demócrito y Euclides, sembradas mientras comprendían la estructura de todos los procesos que ocurren en la Tierra. Sólo a principios del siglo XIX la óptica clásica pudo adquirir su rasgos de personaje, reconocible por los científicos modernos y apareció como una ciencia en toda regla.
Definición 1
La óptica es una gran rama de la física que estudia y considera fenómenos directamente relacionados con la propagación de potentes ondas electromagnéticas en el espectro visible, así como rangos cercanos a él.
La clasificación principal de este apartado corresponde al desarrollo histórico de la doctrina de la estructura específica de la luz:
- geométrico – siglo III a. C. (Euclides);
- físico – siglo XVII (Huygens);
- cuántico – siglo XX (Planck).
La óptica caracteriza plenamente las propiedades de la refracción de la luz y explica los fenómenos directamente relacionados con este tema. Los métodos y principios de los sistemas ópticos se utilizan en muchas disciplinas aplicadas, incluidas la física, la ingeniería eléctrica y la medicina (especialmente la oftalmología). En estos, así como en áreas interdisciplinarias Son muy populares los logros de la óptica aplicada, que junto con la mecánica de precisión crean una base sólida para la industria óptico-mecánica.
naturaleza de la luz
La óptica es considerada una de las primeras y principales ramas de la física, donde se presentaron las limitaciones de las ideas antiguas sobre la naturaleza.
Como resultado, los científicos pudieron establecer la dualidad. fenomenos naturales y ligero:
- La hipótesis corpuscular de la luz, originada por Newton, estudia este proceso como un flujo. partículas elementales-fotones, donde absolutamente cualquier radiación se realiza de forma discreta, y la porción mínima de la potencia de una determinada energía tiene una frecuencia y magnitud correspondientes a la intensidad de la luz emitida;
- La teoría ondulatoria de la luz, originada por Huygens, implica el concepto de luz como un conjunto de ondas electromagnéticas monocromáticas paralelas observadas en fenómenos ópticos y presentado como resultado de las acciones de estas ondas.
Con tales propiedades de la luz, la ausencia de transición de la fuerza y energía de la radiación a otros tipos de energía se considera un proceso completamente normal, ya que las ondas electromagnéticas no interactúan entre sí en el entorno espacial de los fenómenos de interferencia, porque efectos de iluminación continúa extendiéndose sin cambiar su especificidad.
Las hipótesis ondulatoria y corpuscular de la radiación eléctrica y magnética han encontrado su aplicación en trabajos científicos Maxwell en forma de ecuaciones.
Este nuevo concepto de la luz como onda en constante movimiento permite explicar los procesos asociados a la difracción y la interferencia, incluida la estructura. campo de luz.
Características de la luz
La longitud de la onda de luz $\lambda$ depende directamente de la velocidad general de propagación de este fenómeno en el medio espacial $v$ y está relacionada con la frecuencia $\nu$ mediante la siguiente relación:
$\lambda = \frac(v)(\nu)=\frac (c)(n\nu)$
donde $n$ es el parámetro de refracción del medio. En general, este indicador es una función básica de la longitud de onda electromagnética: $n=n(\lambda)$.
La dependencia del índice de refracción de la longitud de onda se manifiesta en forma de fenómeno de dispersión sistemática de la luz. Un concepto universal y aún poco estudiado en física es la velocidad de la luz $c$. Su significado especial en el vacío absoluto representa no sólo velocidad máxima difusión de potentes frecuencias electromagnéticas, así como la máxima intensidad de difusión de información u otros impacto fisico en objetos materiales. A medida que el movimiento del flujo de luz aumenta en diferentes áreas, la velocidad inicial de la luz $v$ a menudo disminuye: $v = \frac (c)(n)$.
Las principales características de la luz son:
- composición espectral y compleja determinada por la escala de longitudes de onda de la luz;
- polarización, que está determinada cambio general entorno espacial vector electrico por propagación de ondas;
- la dirección de difusión de un haz de luz, que debe coincidir con el frente de onda en ausencia de birrefringencia.
Óptica cuántica y fisiológica.
Idea Descripción detallada campo electromagnetico con la ayuda de cuantos apareció a principios del siglo XX y fue interpretado por Max Planck. Los científicos han sugerido que la emisión constante de luz se realiza a través de determinadas partículas: los cuantos. Después de 30 años, se ha demostrado que la luz no sólo se emite parcialmente y en paralelo, sino que también se absorbe.
Esto brindó a Albert Einstein la oportunidad de determinar la estructura discreta de la luz. Hoy en día, los científicos llaman fotones a los cuantos de luz y el flujo en sí se considera un grupo integral de elementos. Así, en óptica cuántica la luz se considera a la vez como una corriente de partículas y como ondas, ya que procesos como la interferencia y la difracción no pueden explicarse mediante una única corriente de fotones.
A mediados del siglo XX Actividades de investigación Brown-Twiss, permitió determinar con mayor precisión el ámbito de aplicación de la óptica cuántica. El trabajo del científico ha demostrado que un cierto número de fuentes de luz que emiten fotones a dos fotodetectores y emiten una señal sonora constante sobre el registro de elementos pueden hacer que los dispositivos funcionen simultáneamente.
Implementación uso práctico La luz no clásica ha llevado a los investigadores a resultados increíbles. En este sentido, la óptica cuántica representa una solución única. dirección moderna con un enorme potencial de investigación y aplicación.
Nota 1
La óptica moderna abarca desde hace mucho tiempo muchos ámbitos mundo científico y desarrollos que tienen demanda y popularidad.
Estas áreas de la ciencia óptica están directamente relacionadas con las propiedades electromagnéticas o cuánticas de la luz, incluidas otras áreas.
Definición 2
Óptica fisiológica - nueva ciencia interdisciplinaria, estudiando percepción visual luz y combinando información sobre bioquímica, biofísica y psicología.
Teniendo en cuenta todas las leyes de la óptica, esta sección La ciencia se basa en estas ciencias y tiene un especial. dirección práctica. Se examinan los elementos del aparato visual y también se presta atención a Atención especial fenómenos únicos, como, ilusión óptica y alucinaciones. Los resultados del trabajo en esta área se utilizan en fisiología, medicina, ingeniería óptica y en la industria cinematográfica.
Hoy en día, la palabra óptica se utiliza más a menudo como nombre de una tienda. Naturalmente, en estos puntos especializados es posible comprar una variedad de dispositivos ópticos técnicos: lentes, gafas y mecanismos de protección de la visión. En esta etapa, las tiendas tienen equipo moderno, que le permite determinar con precisión la agudeza visual en el lugar, así como establecer Problemas existentes y formas de eliminarlos.
La palabra “óptica” nos la encontramos, por ejemplo, cuando pasamos por un establecimiento que vende gafas. Muchos también recuerdan que estudiaron óptica en la escuela. ¿Qué es la óptica?
La óptica es una rama de la física que estudia la naturaleza de la luz, sus propiedades, patrones de propagación en diferentes ambientes, así como la interacción de la luz con sustancias. Para comprender mejor qué es la óptica, es necesario comprender qué es la luz.
Ideas sobre la luz en la física moderna.
La física considera la luz a la que estamos acostumbrados como un fenómeno complejo y de naturaleza dual. Por un lado, la luz se considera una corriente de partículas diminutas: cuantos de luz (fotones). Por otro lado, la luz puede describirse como un tipo de ondas electromagnéticas que tienen una longitud de onda específica.
Ciertas ramas de la óptica estudian la luz como fenómeno físico desde diferentes lados.
Secciones de óptica
- Óptica geométrica. Examina las leyes de propagación de la luz, así como la reflexión y refracción de los rayos de luz. Representa la luz como un rayo que se propaga rectilíneamente en un medio homogéneo (esta es su similitud con haz geométrico). No tiene en cuenta la naturaleza ondulatoria de la luz.
- Óptica ondulatoria. Estudia las propiedades de la luz como tipo de ondas electromagnéticas.
- Óptica cuántica. Estudiando propiedades cuánticas luz (estudia el efecto fotoeléctrico, procesos fotoquímicos, radiación láser etc.)
Óptica en la vida humana.
Al estudiar la naturaleza de la luz y los patrones de su distribución, una persona utiliza el conocimiento adquirido en su beneficio. Más común en vida circundante Instrumentos ópticos- Se trata de gafas, un microscopio, un telescopio, una lente fotográfica y también un cable de fibra óptica que se utiliza para tender una LAN (puede obtener más información sobre esto en el artículo
Luz- Se trata de ondas electromagnéticas, cuyas longitudes de onda para el ojo humano medio oscilan entre 400 y 760 nm. Dentro de estos límites, la luz se llama visible. Luz con longitud más larga la onda nos parece roja y la onda más pequeña nos parece violeta. Es fácil recordar la alternancia de colores en el espectro usando el dicho " A cada ACERCA DE cazador Y quiere z no, GRAMO Delaware CON va F adán." Las primeras letras de las palabras del dicho corresponden a las primeras letras de los colores primarios del espectro en orden descendente de longitud de onda (y, en consecuencia, creciente de frecuencia): “ A rojo - ACERCA DE rango - Y amarillo - z verde - GRAMO azul - CON azul - F púrpura." La luz con longitudes de onda mayores que la roja se llama infrarrojo. Nuestro ojo no lo nota, pero nuestra piel registra tales ondas en forma Radiación termal. La luz con longitudes de onda más cortas que el violeta se llama ultravioleta.
Ondas electromagnéticas(y en particular, ondas de luz, o simplemente luz) es un campo electromagnético que se propaga en el espacio y el tiempo. Las ondas electromagnéticas son transversales: los vectores de intensidad eléctrica y de inducción magnética son perpendiculares entre sí y se encuentran en el plano, perpendicular a la dirección propagación de onda. Ondas de luz, como cualquier otra onda electromagnética, se propaga en la materia con velocidad terminal, que se puede calcular mediante la fórmula:
Dónde: ε Y μ – dieléctrico y magnético permeabilidad de la materia, ε 0 y μ 0 – constantes eléctricas y magnéticas: ε 0 = 8,85419 10 –12 F/m, μ 0 = 1,25664·10 –6 H/m. Velocidad de la luz en el vacío(Dónde ε = μ = 1) es constante e igual Con= 3∙10 8 m/s, también se puede calcular mediante la fórmula:
La velocidad de la luz en el vacío es una de las constantes físicas fundamentales. Si la luz se propaga en cualquier medio, entonces la velocidad de su propagación también se expresa mediante la siguiente relación:
Dónde: norte– el índice de refracción de una sustancia es una cantidad física que muestra cuántas veces la velocidad de la luz en un medio es menor que en el vacío. El índice de refracción, como se desprende de las fórmulas anteriores, se puede calcular de la siguiente manera:
- La luz transporta energía. Cuando las ondas de luz se propagan, surge un flujo de energía electromagnética.
- Las ondas de luz son emitidas como cuantos individuales de radiación electromagnética (fotones) por átomos o moléculas.
Además de la luz, existen otros tipos de ondas electromagnéticas. A continuación se enumeran en orden de longitud de onda decreciente (y, en consecuencia, frecuencia creciente):
- Ondas de radio;
- Radiación infrarroja;
- Luz visible;
- Radiación ultravioleta;
- Radiación de rayos X;
- Radiación gamma.
Interferencia
Interferencia- una de las manifestaciones más brillantes naturaleza ondulada Luz. Está asociado con la redistribución de la energía luminosa en el espacio cuando se aplica el llamado coherente ondas, es decir, ondas que tienen las mismas frecuencias y una diferencia de fase constante. La intensidad de la luz en la zona de superposición de los haces tiene el carácter de franjas claras y oscuras alternadas, siendo la intensidad en los máximos mayor y en los mínimos menor que la suma de las intensidades de los haces. Cuando se utiliza luz blanca, las franjas de interferencia aparecen coloreadas. varios colores espectro
Para calcular la interferencia se utiliza el concepto. longitud del camino óptico. Deja que la luz recorra la distancia l en un medio con índice de refracción norte. Luego, la longitud de su camino óptico se calcula mediante la fórmula:
Para que se produzca interferencia, al menos dos haces deben superponerse. Para ellos se calcula diferencia de camino óptico(diferencia de longitud óptica) según la siguiente fórmula:
Es este valor el que determina lo que sucede durante la interferencia: mínima o máxima. Recuerda lo siguiente: interferencia máxima(franja clara) se observa en aquellos puntos del espacio en los que se cumple la siguiente condición:
En metro= 0 se observa un máximo de orden cero, en metro= ±1 máximo de primer orden y así sucesivamente. Mínimo de interferencia(banda oscura) se observa cuando se cumple la siguiente condición:
La diferencia de fase de oscilación es:
En la primera número impar(uno) será un mínimo de primer orden, siendo el segundo (tres) un mínimo de segundo orden, etc. No hay un mínimo de pedido cero.
Difracción. Rejilla de difracción
Difracción La luz es el fenómeno de la desviación de la luz de la dirección de propagación rectilínea al pasar cerca de obstáculos cuyas dimensiones son comparables a la longitud de onda de la luz (luz que se curva alrededor de los obstáculos). La experiencia demuestra que la luz, bajo ciertas condiciones, puede entrar en la región de la sombra geométrica (es decir, estar donde no debería estar). Si hay un obstáculo circular en el camino de un haz de luz paralelo ( disco redondo, una bola o un agujero redondo en una pantalla opaca), luego en una pantalla ubicada a una distancia suficiente larga distancia de un obstáculo aparece patrón de difracción – un sistema de alternancia de anillos claros y oscuros. Si el obstáculo es de naturaleza lineal (rendija, hilo, borde de la pantalla), entonces aparece en la pantalla un sistema de franjas de difracción paralelas.
Rejillas de difracción representar estructuras periódicas, grabado con una máquina divisora especial en la superficie de una placa de vidrio o metal. En buenas rejillas, las líneas paralelas entre sí miden unos 10 cm de largo y hay hasta 2000 líneas por milímetro. Donde largo total las rejillas alcanzan entre 10 y 15 cm. La producción de dichas rejillas requiere el uso de la mayor cantidad posible. alta tecnología. En la práctica, también se utilizan rejillas más gruesas con 50 a 100 líneas por milímetro aplicadas a la superficie de una película transparente.
Bajo incidencia de luz normal rejilla de difracción en algunas direcciones (además de aquella en la que cayó inicialmente la luz) se observan máximos. Para ser observado interferencia máxima, se debe cumplir la siguiente condición:
Dónde: d– período (o constante) de la rejilla (distancia entre líneas adyacentes), metro es un número entero llamado orden del máximo de difracción. En aquellos puntos de la pantalla para los que se cumple esta condición, se ubican los llamados máximos principales del patrón de difracción.
Leyes de la óptica geométrica.
Óptica geométrica Es una rama de la física que no tiene en cuenta. propiedades de las olas Luz. Las leyes básicas de la óptica geométrica se conocían mucho antes del establecimiento. naturaleza física Luz.
Medio ópticamente homogéneo- se trata de un medio en todo el volumen cuyo índice de refracción permanece sin cambios.
Ley propagación rectilínea Luz: En un medio ópticamente homogéneo, la luz se propaga de forma rectilínea. Esta ley lleva a la idea de un rayo de luz como línea geométrica, a lo largo del cual se propaga la luz. Cabe señalar que se viola la ley de propagación rectilínea de la luz y el concepto de haz de luz pierde su significado si la luz pasa a través de pequeños agujeros cuyas dimensiones son comparables a la longitud de onda (en este caso, se observa difracción).
En la interfaz entre dos medios transparentes, la luz se puede reflejar parcialmente de modo que parte de la energía luminosa se propague en una nueva dirección después de la reflexión, y parcialmente pase a través del límite y se propague en el segundo medio.
Ley de reflexión de la luz: los rayos incidente y reflejado, así como la perpendicular a la interfaz entre los dos medios, reconstruida en el punto de incidencia del rayo, se encuentran en el mismo plano (el plano de incidencia). Ángulo de reflexión γ igual al ángulo de incidencia α . Tenga en cuenta que todos los ángulos en óptica se miden desde la perpendicular a la interfaz entre los dos medios.
Ley de refracción de la luz (ley de Snell): los rayos incidente y refractado, así como la perpendicular a la interfaz entre los dos medios, reconstruida en el punto de incidencia del rayo, se encuentran en el mismo plano. Ángulo de incidencia relación seno α al seno del ángulo de refracción β es un valor constante para dos medios dados y está determinado por la expresión:
La ley de refracción fue establecida experimentalmente por el científico holandés W. Snellius en 1621. Valor constante norte 21 son llamados índice de refracción relativo el segundo entorno respecto del primero. El índice de refracción de un medio con respecto al vacío se llama índice de refracción absoluto.
miércoles desde gran valor un indicador absoluto se llama ópticamente más denso y uno más bajo, menos denso. Al pasar de un medio menos denso a uno más denso, el haz "presiona" contra la perpendicular, y al pasar de un medio más denso a uno menos denso, "se aleja" de la perpendicular. El único caso en el que el rayo no se refracta es si el ángulo de incidencia es 0 (es decir, los rayos son perpendiculares a la interfaz).
Cuando la luz pasa de un medio ópticamente más denso a otro ópticamente menos denso. norte 2 < norte 1 (por ejemplo, del vidrio al aire) se puede observar fenómeno de reflexión interna total, es decir, la desaparición del rayo refractado. Este fenómeno se observa en ángulos de incidencia que exceden un cierto Ángulo crítico α pr, que se llama ángulo límite de reflexión interna total. Para ángulo de incidencia α = α pr, pecado β = 1, ya que β = 90°, esto significa que el rayo refractado va a lo largo de la propia interfaz y, según la ley de Snell, se cumple la siguiente condición:
Tan pronto como el ángulo de incidencia se vuelve mayor que el límite, el rayo refractado ya no simplemente recorre el límite, sino que no aparece en absoluto, ya que su seno ahora debe ser mayor que uno, pero esto no puede suceder.
Lentes
Lente Es un cuerpo transparente limitado por dos superficies esféricas. Si el espesor de la lente en sí es pequeño en comparación con los radios de curvatura superficies esféricas, entonces la lente se llama delgado.
hay lentes coleccionando Y dispersión. Si el índice de refracción de la lente es mayor que ambiente, entonces la lente convergente en el medio es más gruesa que en los bordes, la lente divergente, por el contrario, es más delgada en la parte media. Si el índice de refracción de la lente es menor que el del medio circundante, entonces ocurre lo contrario.
Una línea recta que pasa por los centros de curvatura de superficies esféricas se llama eje óptico principal de la lente. En el caso de lentes delgadas, podemos suponer aproximadamente que el eje óptico principal se cruza con la lente en un punto, lo que generalmente se llama centro óptico de la lente. El haz de luz pasa a través del centro óptico de la lente sin desviarse de su dirección original. Todas las rectas que pasan por el centro óptico se llaman ejes ópticos secundarios.
Si un haz de rayos paralelo al eje óptico principal se dirige a una lente, luego de pasar a través de la lente los rayos (o su continuación) convergerán en un punto. F, Lo que es llamado foco principal de la lente. Una lente delgada tiene dos focos principales, ubicados simétricamente con respecto a la lente en el eje óptico principal. Las lentes convergentes tienen focos reales, mientras que las lentes divergentes tienen focos imaginarios. Distancia entre el centro óptico de la lente. oh y enfoque principal F llamado longitud focal. Se denota con la misma letra. F.
Fórmula de lentes
La principal propiedad de las lentes es la capacidad de producir imágenes de objetos. Imagen- este es el punto en el espacio donde se cruzan los rayos (o sus extensiones) emitidos por la fuente después de la refracción en la lente. Vienen imágenes derecho Y Al revés, válido(los propios rayos se cruzan) y imaginario(las continuaciones de los rayos se cruzan), engrandecido Y reducido.
La posición de la imagen y su carácter se pueden determinar usando construcciones geométricas. Para ello, se utilizan las propiedades de algunos rayos estándar, cuyo curso se conoce. Se trata de rayos que pasan por el centro óptico o uno de los puntos focales de la lente, así como rayos paralelos al eje óptico principal o uno de los secundarios.
Para simplificar, puedes recordar que la imagen de un punto será un punto. La imagen de un punto situado sobre el eje óptico principal se encuentra sobre el eje óptico principal. La imagen de un segmento es un segmento. Si un segmento es perpendicular al eje óptico principal, entonces su imagen es perpendicular al eje óptico principal. Pero si el segmento está inclinado con respecto al eje óptico principal en un cierto ángulo, entonces su imagen estará inclinada en algún otro ángulo.
Las imágenes también se pueden calcular usando fórmulas de lentes delgadas. Si distancia más corta desde el objeto a la lente denotado por d, y la distancia más corta desde la lente a la imagen es a través F, entonces la fórmula de la lente delgada se puede escribir como:
Tamaño D, la inversa de la distancia focal. llamado potencia óptica lentes. La unidad de potencia óptica es 1 dioptría (dopter). La dioptría es la potencia óptica de una lente con una distancia focal de 1 m.
Se acostumbra asignar ciertos signos a las distancias focales de las lentes: para una lente convergente F> 0, para dispersión F < 0. Оптическая сила рассеивающей линзы также отрицательна.
Cantidades d Y F también obedecer una cierta regla señales: F> 0 – para imágenes válidas; F < 0 – для мнимых изображений. Перед d El signo "-" se coloca solo cuando un haz de rayos convergentes incide sobre la lente. Luego se extienden mentalmente hasta la intersección detrás de la lente, se coloca allí una fuente de luz imaginaria y se determina la distancia para ella. d.
Dependiendo de la posición del objeto con respecto a la lente, las dimensiones lineales de la imagen cambian. Aumento lineal lentes Γ Se llama relación entre las dimensiones lineales de la imagen y el objeto. Existe una fórmula para el aumento lineal de una lente:
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