Оптична физика. Определения на оптиката

Ето бележки по физика по темата "Оптика" за 10-11 клас.
!!! Бележките с еднакви имена се различават по степен на трудност.

3. Дифракция на светлината- Вълнова оптика

4. Огледала и лещи - Геометрична оптика

5. Интерференция на светлината- Вълнова оптика

6. Поляризация на светлината- Вълнова оптика

Оптика, геометрична оптика, вълнова оптика, 11 клас, записки, записки по физика.

ЗА ЦВЕТА. ЗНАЕШЕ ЛИ?

Знаете ли, че парче червено стъкло изглежда червено както в отразена, така и в пропусната светлина? Но за цветните метали тези цветове се различават - например златото отразява главно червени и жълти лъчи, но тънка полупрозрачна златна пластина пропуска зелена светлина.

Учените от 17-ти век не считат цвета за обективно свойство на светлината. Например Кеплер вярва, че цветът е качество, което трябва да се изучава от философи, а не от физици. И само Декарт, въпреки че не може да обясни произхода на цветовете, е убеден в съществуването на връзка между тях и обективните характеристики на светлината.

Вълновата теория на светлината, създадена от Хюйгенс, беше голяма крачканапред - така, тя даде обяснения на законите на геометричната оптика, които все още се използват. Основният му недостатък обаче беше липсата на цветова категория, т.е. това беше теория за безцветната светлина, въпреки откритието, което Нютон вече беше направил по това време - откритието на светлинната дисперсия.

Той купи призма - основният инструмент в експериментите на Нютон - в аптека: в онези дни наблюдението на призматични спектри беше обичайно забавление.

Много от предшествениците на Нютон вярваха, че цветовете произхождат от самите призми. Така постоянният противник на Нютон Робърт Хук смяташе, че един слънчев лъч не може да съдържа всички цветове; това е също толкова странно, помисли си той, както твърдението, че „въздухът на меховете на органа съдържа всички тонове“.

Експериментите на Нютон го доведоха до тъжно заключение: в сложни устройства с голяма сумаразлагане на лещи и призми Бяла светлинае придружено от появата на пъстра цветна рамка в изображението. Феноменът, наречен "хроматична аберация", впоследствие беше преодолян чрез комбиниране на няколко слоя стъкло с индекси на пречупване, които се "балансираха" взаимно, което доведе до създаването на ахроматични лещи и зрителни тръби с ясни изображения без цветни отражения или ивици.

Идеята, че цветът се определя от честотата на вибрациите в светлинна вълна, е предложена за първи път от известния математик, механик и физик Леонхард Ойлер през 1752 г., като максималната дължина на вълната съответства на червените лъчи, а минималната на виолетовите лъчи.

Първоначално Нютон разграничава само пет цвята в слънчевия спектър, но по-късно, стремейки се към съответствие между броя на цветовете и броя на основните тонове музикална гама, добави още две. Може би това беше повлияно от пристрастяването към древната магия на числото „седем“, според което имаше седем планети в небето и следователно имаше седем дни в седмицата, в алхимията имаше седем основни метала и т.н. .

Гьоте, който се смяташе за изключителен естествен учен и посредствен поет, горещо критикувайки Нютон, отбеляза, че свойствата на светлината, разкрити в неговите експерименти, не са верни, тъй като светлината в тях е „измъчвана от различни видове инструменти за мъчение - процепи, призми, лещи.” Вярно е, че в тази критика доста сериозни физици по-късно видяха наивно очакване на съвременната гледна точка за ролята на измервателната техника.

Теорията за цветното зрение - за получаване на всички цветове чрез смесване на трите основни - произхожда от речта на Ломоносов от 1756 г. „Слово за произхода на светлината, представяща нова теория за цветовете...“, която обаче не е забелязана от научния свят. Половин век по-късно тази теория е подкрепена от Юнг и неговите предположения са разработени в детайли в теорията за трикомпонентния цвят от Хелмхолц през 1860-те години.

Ако във фоторецепторите на ретината липсват някакви пигменти, тогава човекът не възприема съответните тонове, т.е. става частично далтонист. Такъв беше той английски физикДалтън, на когото е кръстено това зрително увреждане. И е открит от Далтън от никой друг, а от Юнг.

Феноменът, наречен ефект на Пуркин - в чест на известния чешки биолог, който го е изследвал, показва, че различните среди на окото имат неравномерно пречупване и това обяснява появата на някои зрителни илюзии.

Оптичните спектри на атоми или йони са не само богат източник на информация за структурата на атома, те също съдържат информация за характеристиките атомно ядро, свързано предимно с неговия електрически заряд.

- (гръцки optike науката за зрителните възприятия, от optos видим, видим), клон на физиката, в който се изучават оптичното излъчване (светлина), процесите на неговото разпространение и явленията, наблюдавани по време на въздействието на светлината и във ва. Оптичен радиацията представлява ... ... Физическа енциклопедия

- (гръцки optike, от optomai виждам). Учението за светлината и нейното въздействие върху окото. Речник чужди думи, включен на руски език. Chudinov A.N., 1910. ОПТИКА Гръцки. optike, от optomai, виждам. Науката за разпространението на светлината и нейния ефект върху окото... ... Речник на чуждите думи на руския език

оптика- и, f. optique f. наука за оптично зрение. 1. остарял Раек (вид панорама). Мак. 1908. Или през стъклото на оптиката гледам живописни места на моите имоти. Державин Евгений. Характеристики на зрението, възприемане на нещо. Оптиката на очите ми е ограничена; всичко е на тъмно... Исторически речникГалицизми на руския език

Съвременна енциклопедия

Оптика- ОПТИКА, дял от физиката, който изучава процесите на излъчване на светлина, нейното разпространение в различни среди и взаимодействието й с материята. Оптиката изучава видимата част от спектъра на електромагнитните вълни и прилежащата ултравиолетова... ... Илюстрован енциклопедичен речник

ОПТИКА, дял от физиката, който изучава светлината и нейните свойства. Ключовите аспекти включват физическата природа на СВЕТЛИНАТА, обхващаща както вълни, така и частици (ФОТОНИ), ОТРАЖЕНИЕ, ПРЕФРАКЦИЯ, ПОЛЯРИЗАЦИЯ на светлината и нейното предаване през различни среди. Оптика...... Научно-технически енциклопедичен речник

ОПТИКА, оптика, мн. не, женска (гръцки optiko). 1. Катедра по физика, наука, която изучава явленията и свойствата на светлината. Теоретична оптика. Приложна оптика. 2. събрани Уреди и инструменти, чието действие се основава на законите на тази наука (специална). Интелигентен... ... РечникУшакова

- (от гръцки optike, наука за зрителното възприятие) клон на физиката, който изучава процесите на излъчване на светлина, нейното разпространение в различни среди и взаимодействието на светлината с материята. Оптиката изучава широк диапазон от електромагнитния спектър... ... Голям енциклопедичен речник

ОПТИКА, и, жени. 1. Дял от физиката, който изучава процесите на излъчване на светлина, нейното разпространение и взаимодействие с материята. 2. събрани Устройства и инструменти, чието действие се основава на законите на тази наука. Фиброоптика (специална) част от оптиката,... ... Обяснителен речник на Ожегов

ОПТИКА- (от гръцкото opsis видение), учението за светлината, компонентфизика. О. е частично включен в областта на геофизиката (атмосферна О., оптика на моретата и др.), Отчасти в областта на физиологията (физиология). Основно физически. съдържание О. се разделя на физически... ... Голям медицинска енциклопедия

Книги

• Оптика, А.Н. Матвеев. Одобрено от Министерството на висшето и средното образование на СССР като учебно помагало за студенти по физически специалности в университетите.Възпроизведено в оригиналния авторски изпис на изданието...

Древните учени, живели през 5 век пр. н. е., предполагат, че всичко в природата и този свят е условно и само атомите и празнотата могат да се нарекат реалност. Към днешна дата са запазени важни исторически документи, потвърждаващи концепцията за структурата на светлината като постоянен поток от частици, които имат определени физични свойства. Самият термин "оптика" обаче ще се появи много по-късно. Покълнали са семената на такива философи като Демокрит и Евклид, засяти при разбирането на структурата на всички процеси, протичащи на земята. Едва в началото на 19 век класическата оптика успява да придобие своите характерни черти, разпознаваеми от съвременните учени, и се появява като пълноценна наука.

Определение 1

Оптиката е огромен клон на физиката, който изучава и разглежда явления, пряко свързани с разпространението на мощни електромагнитни вълни видим спектър, както и диапазони близки до него.

Основната класификация на този раздел съответства на историческо развитиеучения за спецификата на структурата на светлината:

• геометрични – 3 в. пр. н. е. (Евклид);
• физически – 17 век (Хюйгенс);
• квант – 20 век (Планк).

Оптиката напълно характеризира свойствата на пречупването на светлината и обяснява явления, пряко свързани с този проблем. Методите и принципите на оптичните системи се използват в много приложни дисциплини, включително физика, електротехника и медицина (особено офталмология). В тези, както и в интердисциплинарните области, изключително популярни са постиженията на приложната оптика, които заедно с прецизната механика създават солидна основа за оптико-механичната индустрия.

Природа на светлината

Оптиката се счита за един от първите и основни клонове на физиката, където са представени ограниченията на древните идеи за природата.

В резултат на това учените успяха да установят двойственост природен феномени светлина:

• корпускулярната хипотеза за светлината, произхождаща от Нютон, изучава този процес като поток елементарни частици-фотони, където абсолютно всяко излъчване се извършва дискретно, а минималната част от мощността на дадена енергия има честота и големина, съответстващи на интензитета на излъчената светлина;
• Вълновата теория на светлината, произхождаща от Хюйгенс, предполага концепцията за светлината като набор от паралелни монохроматични електромагнитни вълни, наблюдавани в оптични явления и представени като резултат от действията на тези вълни.

При такива свойства на светлината липсата на преход на силата и енергията на излъчване в други видове енергия се счита за напълно нормален процес, тъй като електромагнитните вълни не взаимодействат помежду си в пространствената среда на интерферентни явления, тъй като светлинните ефекти продължават да се размножават, без да променят спецификата си.

Вълновата и корпускулярната хипотези за електрическото и магнитното излъчване са намерили своето приложение в научни трудовеМаксуел под формата на уравнения.

Тази нова концепция за светлината като непрекъснато движеща се вълна дава възможност да се обяснят процеси, свързани с дифракция и интерференция, включително структурата на светлинното поле.

Характеристики на светлината

Дължината на светлинната вълна $\lambda$ пряко зависи от общата скорост на разпространение на това явление в пространствената среда $v$ и е свързана с честотата $\nu$ чрез следната връзка:

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

където $n$ е параметърът на пречупване на средата. Като цяло този индикатор е основна функция на дължината на електромагнитната вълна: $n=n(\lambda)$.

Зависимостта на индекса на пречупване от дължината на вълната се проявява под формата на явлението систематична дисперсия на светлината. Универсално и все още малко проучено понятие във физиката е скоростта на светлината $c$. Специалното му значение в абсолютната празнота е не само максимална скоростразпространение на мощни електромагнитни честоти, както и максимална интензивност на разпространение на информация или друго физическо въздействие върху материални обекти. Тъй като движението на светлинния поток се увеличава в различни области, началната скорост на светлината $v$ често намалява: $v = \frac (c)(n)$.

Основните характеристики на светлината са:

• спектрален и сложен състав, определен от скалата на дължините на светлинните вълни;
• поляризация, която се определя от обща промяна в пространствената среда електрически векторчрез разпространение на вълни;
• посоката на разпространение на светлинен лъч, която трябва да съвпада с фронта на вълната при липса на двойно пречупване.

Квантова и физиологична оптика

Идея Подробно описаниеелектромагнитното поле с помощта на кванти се появява в началото на 20 век и е изразено от Макс Планк. Учените предполагат, че постоянното излъчване на светлина се осъществява чрез определени частици - кванти. След 30 години беше доказано, че светлината не само се излъчва частично и успоредно, но и се абсорбира.

Това даде възможност на Алберт Айнщайн да определи дискретната структура на светлината. Днес учените наричат ​​светлинните кванти фотони, а самият поток се разглежда като неразделна група от елементи. По този начин в квантовата оптика светлината се разглежда едновременно като поток от частици и като вълни, тъй като процеси като интерференция и дифракция не могат да бъдат обяснени с един поток от фотони.

В средата на 20в изследователска дейност Brown–Twiss, направи възможно по-точното определяне на областта на използване на квантовата оптика. Работата на учения е доказала, че определен брой източници на светлина, които излъчват фотони към два фотодетектора и дават постоянен звуков сигнал за регистриране на елементи, могат да накарат устройствата да работят едновременно.

Внедряване практическа употребанекласическата светлина доведе изследователите до невероятни резултати. В това отношение квантовата оптика е уникална модерна посокас огромен потенциал за изследване и приложение.

Бележка 1

Съвременната оптика отдавна включва много области от научния свят и развитие, които са търсени и популярни.

Тези области на оптичната наука са пряко свързани с електромагнитните или квантовите свойства на светлината, включително други области.

Определение 2

Физиологичната оптика е нова интердисциплинарна наука, която изучава визуалното възприятие на светлината и съчетава информация от биохимията, биофизиката и психологията.

Като се вземат предвид всички закони на оптиката, този раздел на науката се основава на тези науки и има специално практическо направление. Изучават се елементите на зрителния апарат, като се обръща специално внимание на уникални явления, като напр оптична илюзияи халюцинации. Резултатите от работата в тази област се използват във физиологията, медицината, оптичното инженерство и филмовата индустрия.

Днес думата оптика се използва по-често като име на магазин. Естествено, в такива специализирани пунктове е възможно закупуването на различни технически оптични средства - лещи, очила, механизми за защита на зрението. На този етап магазините разполагат с модерно оборудване, което им позволява точно да определят зрителната острота на място, както и да идентифицират съществуващите проблеми и начините за тяхното отстраняване.

Оптика. История на оптиката.Приложения на оптиката.

История на развитието на оптиката.

Оптиката е наука за природата на светлината, светлинните явления и взаимодействието на светлината с материята. И почти цялата му история е история на търсене на отговора: какво е светлина?

Една от първите теории за светлината, теорията за визуалните лъчи, е представена от гръцкия философ Платон около 400 г. пр.н.е. д. Тази теория приема, че от окото излизат лъчи, които при среща с предмети ги осветяват и създават облика на околния свят. Възгледите на Платон бяха подкрепени от много древни учени и по-специално Евклид (3 век пр. н. е.), въз основа на теорията за визуалните лъчи, основава учението за праволинейното разпространение на светлината и установява закона за отражението.

През същите тези години бяха открити следните факти:

– праволинейност на разпространение на светлината;

– явлението отражение на светлината и законът за отражението;

– явлението пречупване на светлината;

– фокусиращ ефект на вдлъбнато огледало.

Древните гърци полагат основите на клона на оптиката, който по-късно става известен като геометричен.

Повечето интересна работапо оптика, достигнал до нас от Средновековието, е дело на арабския учен Алгазен. Изучава отражението на светлината от огледалата, явлението пречупване и предаване на светлината в лещите. Алгазен е първият, който изразява идеята, че светлината има крайна скорост на разпространение. Тази хипотеза беше важна стъпка в разбирането на природата на светлината.

По време на Ренесанса са направени много различни открития и изобретения; Експерименталният метод започва да се утвърждава като основа за изучаване и разбиране на околния свят.

Въз основа на множество експериментални факти в средата на 17 век възникват две хипотези за природата на светлинните явления:

– корпускулярен, който приема, че светлината е поток от частици, изхвърлени с висока скорост от светещи тела;

– вълна, която твърди, че светлината е представена от надлъжна осцилаторни движенияспециална светлинна среда - етер - възбуждана от вибрации на частици от светещо тяло.

Цялото по-нататъшно развитие на учението за светлината до наши дни е историята на развитието и борбата на тези хипотези, чиито автори са И. Нютон и Х. Хюйгенс.

Основните положения на корпускулярната теория на Нютон:

1) Светлината се състои от малки частици материя, излъчвани във всички посоки в прави линии или лъчи от светещо тяло, като например горяща свещ. Ако тези лъчи, състоящи се от корпускули, попаднат в окото ни, тогава виждаме техния източник.

2) Светлинните корпускули имат различни размери. Най-големите частици, когато попаднат в окото, дават усещане за червен цвят, най-малките – виолетов.

3) Белият цвят е смес от всички цветове: червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, индиго, виолетово.

4) Отражението на светлината от повърхността възниква поради отражението на корпускулите от стената съгласно закона за абсолютно еластично въздействие.

5) Феноменът на пречупване на светлината се обяснява с факта, че корпускулите се привличат от частици на средата. Колкото по-плътна е средата, толкова по-малък е ъгълът на пречупване и ъгълът на падане.

6) Феноменът на дисперсията на светлината, открит от Нютон през 1666 г., той обяснява по следния начин. Всеки цвят вече присъства в бялата светлина. Всички цветове се предават през междупланетното пространство и атмосферата заедно и създават ефекта на бяла светлина. Бялата светлина - смес от различни корпускули - претърпява пречупване след преминаване през призма. От гледна точка на механичната теория пречупването се дължи на сили от стъклени частици, действащи върху светлинни корпускули. Тези сили са различни за различните корпускули. Те са най-големи за виолетовото и най-малко за червеното. Пътят на корпускулите в призмата ще бъде пречупен по различен начин за всеки цвят, така че белият комплексен лъч ще се раздели на цветни съставни лъчи.

7) Нютон очерта начини за обяснение на двойното пречупване, като предположи, че светлинните лъчи имат „различни страни“ - специално имущество, което обуславя различната им пречупваемост при преминаване през двойнопречупващо тяло.

Корпускулярната теория на Нютон обяснява задоволително много оптични явления, известни по това време. Авторът му е използвал научен святогромен авторитет и скоро теорията на Нютон спечели много поддръжници във всички страни.

Възгледи за природата на светлината през 19-20 век.

През 1801 г. Т. Юнг извършва експеримент, който изумява световни учени: S – източник на светлина; E – екран; B и C са много тесни процепи, разположени на 1-2 mm един от друг.

Според теорията на Нютон на екрана трябва да се появят две светли ивици, всъщност се появяват няколко светли и тъмни ивици и светла линия P се появява точно срещу празнината между процепите B и C. Опитът показва, че светлината е вълново явление. Юнг развива теорията на Хюйгенс с идеи за вибрациите на частиците и честотата на вибрациите. Той формулира принципа на интерференцията, въз основа на който обяснява явлението дифракция, интерференция и цвят на тънки пластини.

Френският физик Френел комбинира принципа на вълновите движения на Хюйгенс и принципа на интерференцията на Йънг. На тази основа той разработи строга математическа теория на дифракцията. Френел успя да обясни всички оптични явления, известни по това време.

Основни принципи на вълновата теория на Френел.

– Светлината е разпространението на вибрации в етера със скорост, където е модулът на еластичност на етера, r е плътността на етера;

– Светлинните вълни са напречни;

– Лекият етер има свойствата на еластично-твърдо тяло и е абсолютно несвиваем.

При преминаване от една среда в друга еластичността на етера не се променя, но се променя плътността му. Относителен индекс на пречупване на вещество.

Напречните вибрации могат да възникнат едновременно във всички посоки, перпендикулярни на посоката на разпространение на вълната.

Работата на Френел е спечелила признание от учените. Скоро се появиха редица експериментални и теоретични разработки, потвърждаващи вълновата природа на светлината.

В средата на 19 век започват да се откриват факти, показващи връзка между оптичните и електрическите явления. През 1846 г. М. Фарадей наблюдава въртене на равнините на поляризация на светлината в тела, поставени в магнитно поле. Фарадей въвежда идеята за електричество и магнитни полета, като за своеобразни наслагвания в ефира. Появи се нов „електромагнитен етер“. Английският физик Максуел пръв обръща внимание на тези възгледи. Той развива тези идеи и изгражда теория за електромагнитното поле.

Електромагнитната теория на светлината не зачерква механичната теория на Хюйгенс-Янг-Френел, а я поставя на ново ниво. През 1900 г. немският физик Планк излага хипотеза за квантовата природа на радиацията. Същността му беше следната:

– излъчването на светлина е дискретно по природа;

– абсорбцията също се случва в отделни порции, кванти.

Енергията на всеки квант е представена с формулатаE=hn , Къдеточ е константата на Планк, а n е честотата на светлината.

Пет години след Планк е публикувана работата на немския физик Айнщайн за фотоелектричния ефект. Айнщайн вярва:

– светлината, която все още не е взаимодействала с материята, има гранулирана структура;

– Структурният елемент на дискретното светлинно излъчване е фотонът.

През 1913 г. датският физик Н. Бор публикува теорията на атома, в която комбинира теорията на Планк-Айнщайн за квантите с картината ядрена структураатом.

Така се появи нова квантова теория на светлината, родена на базата на корпускулярната теория на Нютон. Квантумът действа като корпускула.

Основни положения.

– Светлината се излъчва, разпространява и поглъща на отделни порции - кванти.

– Квант светлина - фотонът носи енергия, пропорционална на честотата на вълната, с която се описва от електромагнитната теорияE=hn .

– Фотонът има маса (), импулс и ъглов момент ().

– Фотонът, като частица, съществува само в движение, чиято скорост е скоростта на разпространение на светлината в дадена среда.

– За всички взаимодействия, в които участва фотон, са валидни общите закони за запазване на енергията и импулса.

– Електронът в атома може да бъде само в някои дискретни стабилни стационарни състояния. Намирайки се в стационарни състояния, атомът не излъчва енергия.

– При преместване от един стабилно състояниекъм друг атом излъчва (поглъща) фотон с честота (къдетод 1 Ид 2 – енергии на началното и крайното състояние).

С появата на квантовата теория стана ясно, че корпускулярните и вълновите свойства са само две страни, две взаимосвързани проявления на същността на светлината. Те не отразяват диалектическото единство на дискретност и непрекъснатост на материята, изразяващо се в едновременното проявление на вълнови и корпускулярни свойства. Един и същ процес на излъчване може да бъде описан както с помощта на математически апарат за вълни, разпространяващи се в пространството и времето, така и с помощта на статистически методипредвиждане на появата на частици в това мястои в дадено време. И двата модела могат да се използват едновременно, като в зависимост от условията се предпочита един от тях.

постижения последните годинив областта на оптиката станаха възможни благодарение на развитието както на квантовата физика, така и на вълновата оптика. В наши дни теорията за светлината продължава да се развива.

Вълнови свойства на светлината и геометрична оптика.

Оптиката е дял от физиката, който изучава свойствата и физическата природа на светлината, както и нейното взаимодействие с материята.

Най-простите оптични явления, като появата на сенки и производството на изображения в оптични инструменти, могат да бъдат разбрани в рамките на геометричната оптика, която работи с концепцията за отделни светлинни лъчи, които се подчиняват на известните закони на пречупване и отражение и са независими един от друг. За разбирането на по-сложни явления е необходима физическа оптика, която разглежда тези явления във връзка с физическа природаСвета. Физическата оптика позволява да се изведат всички закони на геометричната оптика и да се установят границите на тяхната приложимост. Без познаване на тези граници, официалното прилагане на законите на геометричната оптика може в конкретни случаи да доведе до резултати, които противоречат на наблюдаваните явления. Следователно не може да се ограничи до формалното изграждане на геометричната оптика, а трябва да се разглежда като клон на физическата оптика.

Концепцията за светлинен лъч може да се получи от разглеждането на реален светлинен лъч в хомогенна среда, от която тесен паралелен лъч е изолиран с помощта на диафрагма. Колкото по-малък е диаметърът на тези дупки, толкова по-тесен е изолираният лъч и в крайна сметка, отивайки до толкова малки дупки, колкото желаете, изглежда, че светлинен лъч може да се получи като права линия. Но такъв процес на изолиране на произволно тесен лъч (лъч) е невъзможен поради явлението дифракция. Неизбежното ъглово разширение на реален светлинен лъч, преминал през диафрагма с диаметър D, се определя от ъгъла на дифракция j~l/D . Само в пределния случай, когато l = 0, няма да има такова разширение и може да се говори за лъча като за геометрична линия, чиято посока определя посоката на разпространение на светлинната енергия.

По този начин светлинният лъч е абстракт математическа концепция, а геометричната оптика е приблизителен граничен случай, в който вълновата оптика преминава, когато дължината на светлинната вълна клони към нула.

Окото като оптична система.

Човешкият зрителен орган са очите, които в много отношения представляват много напреднала оптична система.

Най-общо човешкото око представлява сферично тяло с диаметър около 2,5 cm, което се нарича очна ябълка (фиг. 5). Непрозрачният и издръжлив външен слой на окото се нарича склера, а неговата прозрачна и по-изпъкнала предна част се нарича роговица. От вътрешната страна склерата е покрита с хориоидея, състояща се от кръвоносни съдове, които захранват окото. Срещу роговицата хороидеята преминава в ириса, различно оцветен при различните хора, който е отделен от роговицата с камера, съдържаща прозрачна водниста маса.

Ирисът има кръгъл отвор, наречен зеница, чийто диаметър може да варира. Така ирисът играе ролята на диафрагма, регулираща достъпа на светлина до окото. При ярка светлина зеницата става по-малка, а при слаба светлина се разширява. Вътре в очната ябълка зад ириса е лещата, която е двойноизпъкнала леща, направена от прозрачно вещество с индекс на пречупване около 1,4. Лещата е заобиколена от пръстеновиден мускул, който може да промени кривината на нейните повърхности и следователно нейната оптична сила.

Хориоидеята от вътрешната страна на окото е покрита с клонове на фоточувствителния нерв, особено плътни пред зеницата. Тези разклонения образуват ретината, върху която се получава действителното изображение на обектите, създадено от оптичната система на окото. Пространството между ретината и лещата е изпълнено с прозрачно стъкловидно тяло, което има желатинова структура. Изображението на обектите върху ретината е обърнато. Въпреки това, дейността на мозъка, който получава сигнали от фоточувствителния нерв, ни позволява да виждаме всички обекти в естествени позиции.

Когато пръстеновидният мускул на окото е отпуснат, върху ретината се получава изображение на отдалечени обекти. Като цяло структурата на окото е такава, че човек може без напрежение да вижда обекти, разположени на не по-малко от 6 метра от окото. В този случай изображението на по-близки обекти се получава зад ретината. За да се получи ясно изображение на такъв обект, пръстеновидният мускул компресира лещата все повече и повече, докато изображението на обекта се появи на ретината, след което държи лещата в компресирано състояние.

По този начин „фокусирането" на човешкото око се извършва чрез промяна на оптичната сила на лещата с помощта на пръстеновидния мускул. Способността на оптичната система на окото да създава ясни изображения на обекти, разположени на различни разстояния от него, е наречена акомодация (от латинското „настаняване“ - приспособяване). При гледане на много отдалечени обекти в окото влизат успоредни лъчи. В този случай се казва, че окото е акомодирано до безкрайност.

Акомодацията на окото не е безкрайна. С помощта на пръстеновидния мускул оптичната сила на окото може да се увеличи с не повече от 12 диоптъра. При продължително гледане на близки предмети окото се уморява, а пръстеновидният мускул започва да се отпуска и образът на обекта се размазва.

Човешките очи ни позволяват да виждаме обектите ясно не само на дневна светлина. Способността на окото да се адаптира към различна степен на дразнене на окончанията на фоточувствителния нерв на ретината, т.е. до различна степен на яркост на наблюдаваните обекти се нарича адаптация.

Обединяване на визуалните оси на очите определена точканаречена конвергенция. Когато обектите се намират на значително разстояние от човек, тогава при преместване на очите от един обект на друг, осите на очите практически не се променят и човекът губи способността да определи правилно позицията на обекта. Когато обектите са много далеч, осите на очите са успоредни и човек дори не може да определи дали обектът, който гледа, се движи или не. Силата на пръстеновидния мускул, който компресира лещата при гледане на обекти, разположени близо до човек, също играе определена роля при определяне на позицията на телата.

Спектроскоп.

За наблюдение на спектрите се използва спектроскоп.

Най-често срещаният призматичен спектроскоп се състои от две тръби, между които е поставена триъгълна призма.

В тръба А, наречена колиматор, има тесен процеп, чиято ширина може да се регулира чрез завъртане на винт. Пред процепа се поставя източник на светлина, чийто спектър трябва да се изследва. Процепът е разположен в равнината на колиматора, поради което светлинните лъчи от колиматора излизат под формата на паралелен лъч. След преминаване през призмата светлинните лъчи се насочват в тръба B, през която се наблюдава спектърът. Ако спектроскопът е предназначен за измервания, тогава върху изображението на спектъра се наслагва изображение на скала с деления с помощта на специално устройство, което ви позволява точно да определите позицията на цветните линии в спектъра.

Оптично измервателно устройство.

Оптичното измервателно устройство е измервателен уред, в който се извършва наблюдение (подравняване на границите на контролиран обект с линия на косата, кръст и др.) или определяне на размера с помощта на устройство с оптичен принцип на действие. Различават се три групи оптични измервателни уреди: устройства с оптичен принцип на прицелване и механичен метод за отчитане на движение; устройства с оптично наблюдение и отчитане на движение; устройства, които имат механичен контакт с измервателния уред, с оптичен метод за определяне на движението на контактните точки.

Първите широко разпространени устройства са проектори за измерване и наблюдение на детайли със сложни контури и малки размери.

Най-разпространеният втори уред е универсален измервателен микроскоп, при който измерваната част се движи върху надлъжна шейна, а главата на микроскопа се движи върху напречна шейна.

Устройствата от третата група се използват за сравняване на измерени линейни величини с мерки или везни. Обикновено се обединяват под общото наименование компаратори. Тази група устройства включва оптиметър (оптикатор, измервателна машина, контактен интерферометър, оптичен далекомер и др.).

Оптичните измервателни уреди са широко разпространени и в геодезията (нивелир, теодолит и др.).

Теодолитът е геодезически уред за определяне на посоки и измерване на хоризонтални и вертикални ъглипри геодезически работи, топографско и минно проучване, в строителството и др.

Нивелир - геодезически инструмент за измерване на коти на точки земната повърхност- нивелиране, както и за задаване на хоризонтални посоки при монтаж и др. върши работа.

В навигацията широко се използва секстант - гониометричен огледално-отражателен инструмент за измерване на височините на небесните тела над хоризонта или ъглите между видими обектиза да се определят координатите на местоположението на наблюдателя. Ключова характеристикасекстант - възможността за едновременно комбиниране на два обекта в зрителното поле на наблюдателя, между които се измерва ъгълът, което ви позволява да използвате секстанта в самолет и на кораб без забележимо намаляване на точността, дори по време на накланяне.

Обещаваща посокапри разработването на нови видове оптични измервателни уреди е да се оборудват с електронни устройства за четене, които позволяват да се опрости четенето и наблюдението и др.

Заключение.

Практическо значениеоптиката и нейното влияние върху другите клонове на знанието са изключително големи. Изобретяването на телескопа и спектроскопа отвори пред човека един най-удивителен и богат свят на явления, случващи се в необятната Вселена. Изобретяването на микроскопа революционизира биологията. Фотографията е помагала и продължава да помага на почти всички клонове на науката. Един от най-важните елементи на научното оборудване е обективът. Без него нямаше да има микроскоп, телескоп, спектроскоп, камера, кино, телевизия и т.н. нямаше да има очила и много хора над 50 години нямаше да могат да четат и да вършат много дейности, изискващи зрение.

Обхватът на явленията, изучавани от физическата оптика, е много обширен. Оптичните явления са тясно свързани с явленията, изучавани в други клонове на физиката, а оптичните изследователски методи са сред най-фините и точни. Ето защо не е изненадващо, че оптиката дълго време играе водеща роля в много фундаментални изследванияи развитието на основни физически възгледи. Достатъчно е да се каже, че и двете осн физични теорииминалия век - теорията на относителността и теорията на квантовете - възникват и до голяма степен се развиват на основата на оптическите изследвания. Изобретяването на лазерите разкри огромни нови възможности не само в оптиката, но и в нейните приложения в различни отрасли на науката и технологиите.

Библиография. Арцибишев С.А. Физика - М.: Медгиз, 1950.

Жданов Л.С. Жданов Г.Л. Физика за средно напреднали образователни институции- М.: Наука, 1981.

Ландсберг Г.С. Оптика - М.: Наука, 1976.

Ландсберг Г.С. Учебник по елементарна физика. - М.: Наука, 1986.

Прохоров А.М. Велика съветска енциклопедия. - М.: Съветска енциклопедия, 1974 г.

Сивухин Д.В. Общ курс по физика: Оптика - М.: Наука, 1980.

АБСОЛЮТНО ЧЕРНО ТЯЛО– умствен модел на тяло, което при всякаква температура напълно абсорбира цялото падащо върху него електромагнитно лъчение, независимо от спектралния състав. Радиация A.h.t. се определя само от абсолютната му температура и не зависи от природата на веществото.

БЯЛА СВЕТЛИНА- комплекс електромагнитнирадиация , причинявайки усещане за неутрално за цвета в очите на човек.

ВИДИМА РАДИАЦИЯ- оптично лъчение с дължина на вълната от 380 - 770 nm, способно да предизвика зрително усещане в човешките очи.

Стимулирана ЕМИСИЯ, индуцирано лъчение - излъчването на електромагнитни вълни от частици материя (атоми, молекули и др.), Намиращи се във възбудено състояние, т.е. неравновесно състояние под въздействието на външно принуждаващо лъчение. В и. съгласувано (Вж съгласуваност) с принудително излъчване и при определени условия може да доведе до усилване и генериране на електромагнитни вълни. Вижте също квантов генератор.

ХОЛОГРАМА- интерференционна картина, записана върху фотографска плака, образувана от две кохерентни вълни (виж. съгласуваност): референтна вълна и вълна, отразена от обект, осветен от същия източник на светлина. Когато реконструираме Г., ние възприемаме триизмерно изображение на обект.

ХОЛОГРАФИЯ- метод за получаване на триизмерни изображения на обекти, основан на регистриране и последваща реконструкция на фронта на вълната, отразен от тези обекти. Получаването на холограма се базира на.

ПРИНЦИП НА ХЮГЕН- метод, който ви позволява да определите позицията на фронта на вълната по всяко време. Според г.п. всички точки, през които вълновият фронт преминава в момент t, са източници на вторични сферични вълни, а желаното положение на вълновия фронт в момент t+Dt съвпада с повърхността, обгръщаща всички вторични вълни. Позволява ви да обясните законите на отражението и пречупването на светлината.

ХЮГЕНС - ФРЕСНЕЛ - ПРИНЦИП- приблизителен метод за решаване на задачи за разпространение на вълни. Г.-Ф. стр. гласи: във всяка точка, разположена извън произволна затворена повърхност, покриваща точков източник на светлина, светлинната вълна, възбудена от този източник, може да бъде представена като резултат от интерференцията на вторични вълни, излъчвани от всички точки на определената затворена повърхност. Позволява ви да решавате прости проблеми.

ЛЕКО НАЛЯГАНЕ - налягане,произведени от светлина върху осветена повърхност. Играе важна роля в космическите процеси (образуване на кометни опашки, равновесие на големи звезди и др.).

ДЕЙСТВИТЕЛНО ИЗОБРАЖЕНИЕ- см. .

ДИАФРАГМА- устройство за ограничаване или промяна на светлинния лъч в оптична система (например зеница на окото, рамка на леща, обектив на камера).

ДИСПЕРСИЯ НА СВЕТЛИНАТА- зависимост от абсолют индекс на пречупваневещества от честотата на светлината. Има разлика между нормално излъчване, при което скоростта на светлинната вълна намалява с увеличаване на честотата, и аномално излъчване, при което скоростта на вълната се увеличава. Поради Д.с. Тесен лъч бяла светлина, преминаващ през призма от стъкло или друго прозрачно вещество, се разлага на дисперсивен спектър, образувайки дъгова ивица на екрана.

ДИФРАКЦИОННА РЕШЕТКА- физическо устройство, което е колекция от голямо числоуспоредни щрихи с еднаква ширина, нанесени върху прозрачна или отразяваща повърхност на същото разстояние един от друг. В резултат на това на Д.р. Образува се дифракционен спектър - редуващи се максимуми и минимуми на интензитета на светлината.

ДИФРАКЦИЯ НА СВЕТЛИНАТА- набор от явления, които се дължат на вълновата природа на светлината и се наблюдават, когато се разпространява в среда с изразени нехомогенности (например при преминаване през дупки, близо до границите на непрозрачни тела и др.). В тесен смисъл под Д.с. разбират огъването на светлината около малки препятствия, т.е. отклонение от законите на геометричната оптика. Играе важна роля в работата на оптичните инструменти, като ги ограничава резолюция.

ДОПЛЕР ЕФЕКТ– феномен на промяна вибрационни честотизвукови или електромагнитни вълни, възприемани от наблюдател поради взаимното движение на наблюдателя и източника на вълните. При приближаване се засича увеличаване на честотата, а при отдалечаване - намаляване.

ЕСТЕСТВЕНА СВЕТЛИНА- набор от некохерентни светлинни вълни с всички възможни равнини на вибрация и с еднакъв интензитет на вибрация във всяка от тези равнини. E.s. почти всички излъчват естествени изворисветлина, защото те се състоят от голям брой различно ориентирани радиационни центрове (атоми, молекули), излъчващи светлинни вълни, фазата и равнината на вибрациите на които могат да приемат всички възможни стойности. Вижте също поляризация на светлината, кохерентност.

ОПТИЧНО ОГЛЕДАЛО– тяло с полирана или покрита с отразяващ слой (сребро, злато, алуминий и др.) повърхност, върху която има близко до огледалното отражение (вж. отражение).

ИЗОБРАЖЕНИЕ ОПТИЧНО– изображение на обект, получено в резултат на въздействието на оптична система (лещи, огледала) върху светлинни лъчи, излъчвани или отразени от обекта. Има разлика между реална (получавана на екрана или ретината на окото при пресичане на лъчите, преминаващи през оптичната система) и въображаема информация. . (получава се в пресечната точка на продълженията на лъчите).

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ НА СВЕТЛИНАТА- феноменът на суперпозиция на две или повече съгласувансветлинни вълни, линейно поляризирани в една равнина, при които енергията на получената светлинна вълна се преразпределя в пространството в зависимост от съотношението между фазите на тези вълни. Резултатът от I.S., наблюдаван на екран или фотографска плака, се нарича интерференчен модел. I. бялата светлина води до образуването на дъгообразен модел (цветове на тънки филми и др.). Намира приложение в холографията, за прочистване на оптика и др.

ИНФРАЧЕРВЕНО ЛЪЧЕНИЕ - електромагнитно излъчванес дължини на вълните от 0,74 микрона до 1-2 мм. Излъчва се от всички тела с по-висока температура абсолютна нула(топлинно излъчване).

КВАНТ НА ​​СВЕТЛИНАТА- същото като фотон.

КОЛИМАТОР- оптична система, предназначена да произвежда сноп от успоредни лъчи.

КОМПТЪН ЕФЕКТ– явлението разсейване на електромагнитно лъчение с къси дължини на вълната (рентгеново и гама лъчение) върху свободни електрони, придружено от увеличаване дължина на вълната.

ЛАЗЕР, оптичен квантов генератор - квантов генераторелектромагнитно излъчване в оптичния диапазон. Генерира монохроматично кохерентно електромагнитно излъчване, което има тясна насоченост и значителна плътност на мощността. Използва се в оптичното измерване, за обработка на твърди и огнеупорни материали, в хирургията, спектроскопията и холографията, за нагряване на плазма. ср. Мазер.

ЛИНИЙНИ СПЕКТРИ- спектри, състоящи се от отделни тесни спектрални линии. Излъчва се от вещества в атомно състояние.

ЛЕЩИоптичен - прозрачно тяло, ограничено от две извити (обикновено сферични) или извити и плоски повърхности. Една леща се нарича тънка, ако нейната дебелина е малка в сравнение с радиусите на кривината на нейните повърхности. Прави се разлика между събирателни (преобразуващи успореден сноп лъчи в събирателен) и разсейващи (преобразуващи успореден сноп лъчи в разсейващ) лещи. Използват се в оптични, оптико-механични и фотографски инструменти.

Лупа- събиране лещиили система от лещи с късо фокусно разстояние (10 - 100 mm), дава 2 - 50x увеличение.

РЕЙ– въображаема линия, по която в приближение се разпространява радиационната енергия геометрична оптика, т.е. ако не се наблюдават дифракционни явления.

MASER - квантов генераторелектромагнитно излъчване в сантиметров диапазон. Характеризира се с висока монохроматичност, кохерентност и тясна насоченост на излъчване. Използва се в радиокомуникациите, радиоастрономията, радара, а също и като генератор на стабилни честотни колебания. ср. .

МАЙКЛСЪН ОПИТ- експеримент, предназначен да измери влиянието на движението на Земята върху стойността скоростта на светлината. Отрицателен резултат М.о. стана една от експерименталните площадки теория на относителността.

МИКРОСКОП- оптичен уред за наблюдение на малки невидими с просто око обекти. Увеличението на микроскопа е ограничено и не надвишава 1500. Вж. електронен микроскоп.

VIMARY ИЗОБРАЖЕНИЕ- см. .

МОНОХРОМАТИЧНО ИЗЛЪЧВАНЕ– ментален модел електромагнитно излъчванеедна специфична честота. Строгого М.И. не съществува, т.к всяко реално излъчване е ограничено във времето и покрива определен честотен диапазон. Източници на радиация в близост до m. - квантови генератори.

ОПТИКА- дял от физиката, който изучава моделите на светлинните (оптични) явления, природата на светлината и нейното взаимодействие с материята.

ОПТИЧНА ОС- 1) ГЛАВНА - права линия, на която са разположени центровете на пречупващи или отразяващи повърхности, образуващи оптичната система; 2) СТРАНА - всяка права линия, минаваща през оптичния център на тънка леща.

ОПТИЧНА МОЩНОСТлещи - величина, използвана за описание на пречупващия ефект на леща и обратното фокусно разстояние. D=1/F. Измерва се в диоптри (Dopters).

ОПТИЧНО ИЗЛЪЧВАНЕ- електромагнитно излъчване, чиято дължина на вълната е в диапазона от 10 nm до 1 mm. K o.i. отнасят се инфрачервено лъчение, , .

ОТРАЖЕНИЕ НА СВЕТЛИНАТА– процесът на връщане на светлинна вълна, когато тя попадне върху интерфейса между две среди, имащи различни индекси на пречупване.обратно към оригиналната среда. Благодаря o.s. виждаме тела, които не излъчват светлина. Прави се разлика между огледално отражение (паралелен лъч от лъчи остава успореден след отражение) и дифузно отражение (паралелен лъч се превръща в разминаващ се).

– явление, наблюдавано при прехода на светлината от оптически по-плътна среда към оптически по-малко плътна, ако ъгълът на падане е по-голям от граничния ъгъл на падане, където н – показател на пречупване на втората среда спрямо първата. В този случай светлината се отразява напълно от интерфейса между медиите.

ЗАКОН ЗА ОТРАЖЕНИЯТА НА ВЪЛНИТЕ- падащият лъч, отразеният лъч и перпендикулярът, повдигнат към точката на падане на лъча, лежат в една равнина, а ъгълът на падане равен на ъгълпречупване. Законът важи за огледалното отражение.

СВЕТЛИНА АБСОРБЦИЯ- намаляване на енергията на светлинна вълна по време на нейното разпространение в материята, възникващо в резултат на преобразуването на вълновата енергия в вътрешна енергиявещества или енергия на вторично лъчение с различен спектрален състав и различна посока на разпространение.

1) АБСОЛЮТНА - стойност, равна на отношението на скоростта на светлината във вакуум към фазовата скорост на светлината в дадена среда: . Зависи от химичен съставоколната среда, нейното състояние (температура, налягане и т.н.) и честотата на светлината (вж светлинна дисперсия).2) ОТНОСИТЕЛНА - (p.p. на втората среда спрямо първата) стойност, равна на отношението на фазовата скорост в първата среда към фазовата скорост във втората: . O.p.p. равно на отношението на абсолютния коефициент на пречупване на втората среда към абсолютния p.p. среда на перата.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ НА СВЕТЛИНАТА– феномен, водещ до подреждане на векторите на напрежение електрическо полеи магнитна индукция на светлинна вълна в равнина, перпендикулярна на светлинния лъч. Най-често се получава при отражение и пречупване на светлината, както и при разпространение на светлината в анизотропна среда.

ПРЕЛЪПЛЕНИЕ НА СВЕТЛИНАТА– явление, изразяващо се в промяна на посоката на разпространение на светлината (електромагнитната вълна) при преминаване от една среда в друга, различна от първата индекс на пречупване. За пречупване законът е изпълнен: падащият лъч, пречупеният лъч и перпендикулярът, повдигнат до точката на падане на лъча, лежат в една и съща равнина и за тези две среди отношението на синуса на ъгъла на падане към синус от ъгъла на пречупване е постоянна величина, наречена относителен индекс на пречупваневтората среда спрямо първата. Причината за пречупването е разликата във фазовите скорости в различните среди.

ОПТИЧНА ПРИЗМА- тяло от прозрачно вещество, ограничено от две неуспоредни равнини, върху които се пречупва светлината. Използва се в оптични и спектрални инструменти.

РАЗЛИКА В ХОДА – физическо количество, равна на разликата в оптичните дължини на пътя на два светлинни лъча.

РАЗСЕЙВАНЕ НА СВЕТЛИНАТА- явление, състоящо се в отклонение на светлинен лъч, разпространяващ се в среда във всички възможни посоки. Причинява се от разнородността на средата и взаимодействието на светлината с частиците на материята, при което се променя посоката на разпространение, честотата и равнината на трептенията на светлинната вълна.

СВЕТЛИНА, светлинно излъчване - което може да причини зрително усещане.

СВЕТЛИННА ВЪЛНА - електромагнитна вълнав диапазона на дължината на вълната на видимото лъчение. Честота (набор от честоти) r.v. определя цвят, енергия r.v. е пропорционална на квадрата на нейната амплитуда.

СВЕТЛОВОД- канал за предаване на светлина, имащ размери многократно по-големи от дължината на вълната на светлината. Светлина в селото се разпространява поради пълно вътрешно отражение.

СКОРОСТТА НА СВЕТЛИНАТАвъв вакуум (c) - една от основните физични константи, равно на скоросттаразпространение на електромагнитни вълни във вакуум. s=(299 792 458 ± 1.2) m/s. С.с. - максималната скорост на разпространение на всякакви физически взаимодействия.

ОПТИЧЕН СПЕКТЪР- разпределение по честота (или дължина на вълната) на интензитета на оптичното излъчване на определено тяло (емисионен спектър) или интензитета на поглъщане на светлината при преминаване през вещество (спектър на поглъщане). Има S.O.: облицовани, състоящи се от отделни спектрални линии; ивици, състоящи се от групи (ивици) от тясно свързани спектрални линии; твърдо вещество, съответстващо на излъчване (излъчване) или поглъщане на светлина в широк честотен диапазон.

СПЕКТРАЛНИ ЛИНИИ- тесни участъци в оптичните спектри, съответстващи на почти еднаква честота (дължина на вълната). Всеки S. l. отговаря на определен квантов преход.

СПЕКТРАЛЕН АНАЛИЗ - физичен методкачествен и количествен анализ на химичния състав на веществата, въз основа на тяхното изследване оптични спектри.Той е силно чувствителен и се използва в химията, астрофизиката, металургията, геоложките проучвания и др. Теоретична основа S. a. е .

СПЕКТРОГРАФ- оптично устройство за получаване и едновременно записване на спектъра на излъчване. Основната част на С. - оптична призмаили .

СПЕКТРОСКОП- оптичен уред за визуално наблюдение на спектъра на излъчване. Основната част на лещата е оптична призма.

СПЕКТРОСКОПИЯ- дял от физиката, който изучава оптични спектриза да се изясни структурата на атомите, молекулите, както и на материята в различните й агрегатни състояния.

НАРАСТВАоптична система - съотношението на размера на изображението, произведено от оптичната система, към истинския размер на обекта.

УЛТРАВИОЛЕТОВА РАДИАЦИЯ- електромагнитно излъчване с дължина на вълната във вакуум от 10 nm до 400 nm. Те също така причиняват луминесценция в много вещества. Биологично активен.

ФОКАЛНА РАВНИНА- равнина, перпендикулярна на оптичната ос на системата и минаваща през главния й фокус.

ФОКУС- точката, в която се събира паралелен сноп от светлинни лъчи, преминаващи през оптичната система. Ако лъчът е успореден на главната оптична ос на системата, тогава лъчът лежи на тази ос и се нарича основен.

ФОКУСНО РАЗСТОЯНИЕ- разстоянието между оптичния център на тънка леща и фокуса ФОТО ЕФЕКТ, фотоелектричен ефект е явлението на излъчване на електрони от вещество под въздействието на електромагнитно излъчване (външно ф.). Наблюдава се в газове, течности и твърди вещества. Открит от Г. Херц и проучен от А. Г. Столетов. Основни модели f. обяснено въз основа на квантовите концепции от А. Айнщайн.

ЦВЯТ- зрително усещане, причинено от светлина в съответствие с нейното спектрален състави интензитета на отразената или излъчена радиация.