Оптика как раздел физики

1. Классическая оптика
2. Природа света
3. Характеристики света
4. Квантовая и физиологическая оптика

Подвижники науки из далёкого прошлого, жившие в V веке до н.э., озвучивали гипотезу, что всё в естественной среде и в окружающем мире относительно, что лишь атомы и пустота соответствуют действительности. До нынешних времён к нам дошли исторически значимые документы, которые подтверждают понимание строения света как непрерывного потока частиц, имеющих конкретные физические качества.

Вместе с тем, как таковой термин «оптика» возникнет гораздо позже. Семена знаний таких древних мудрецов, как Демокрит и Эвклид, зародившиеся вследствие осмысления философами структур многих процессов случающихся на планете, пробудились к жизни и превратились в ростки.

И только в начале XIX века каноничной оптике удалось обрести свойственные ей особенности, легко узнаваемые учёными современности, и заявить о себе, как о полновесной науке.

Классическая оптика

Оптика – раздел физики, в котором подвергается изучению оптическое излучение (свет). Оптика в полном объёме даёт понимание о свойствах преломления света и описывает явления, непосредственно причастные этому феномену.

В соответствии с историческим процессом развития учения о специфичности строения света, оптику принято подразделять на:

• геометрическую – III век до н.э. (древнегреческий математик Эвклид).
• физическую – XVII век (голландский физик Христиан Гюйгенс).
• квантовую – XX век (физик-теоретик, немец Макс Планк).

Геометрическая – оптика луча – не подвергает обсуждению вопрос природы света и обыкновенных оптических явлений (например, возникновение теней), она расследует законы распространения света, отслеживая отражение и преломление. По большей части геометрическая оптика имеет значение при расчётах и конструировании оптических приборов – от линз для очков и объективов, до сложных астрономических приборов.

Физическая – оптика луча – исследует более сложные явления, которые связаны с процессами излучения света, происхождением света и световых эффектов. Благодаря физической оптике можно установить границы приложения законов геометрической оптики.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Помимо физики принципы и методы оптических систем применяются в нескольких прикладных разделах науки, например, в электротехнике, в точной механике, особенно в медицине (офтальмология). Широкой популярностью обладают завоевания прикладной оптики, создающие надёжную базу оптико-механической промышленности. Знание оптики дало возможность человечеству создать множество макро- и микроприборов, фотографировать планету и далёкие звёзды, освещать Землю, отчётливо видеть окружающий мир.

Природа света

Оптику принято относить к тому разделу физики, где высветилась узость и незначительность архаических знаний учёных о природе.

Постепенно одним среди них удалось обнаружить, а другим впоследствии убедиться в двойственности природы света:

• корпускулярная теория происхождения света, начало которой положил Ньютон, изучает его, как течение множества частиц — фотонов — а, согласно гипотезе Планка, все излучения протекают прерывисто и раздельно, дискретность же— всеобщее свойство материи. Самая минимальная доля мощности энергии квантов света, содержит частоту и величину, которые соответствуют силе излучаемого света. Если принять принцип понимания света, как потока частиц, можно объяснить явление «фотоэффекта» и обосновать «теорию излучения»;
• ещё одна из теорий, которые объясняют природу света — волновая. Впервые её озвучил Гюйгенс. Он считал свет объединением параллельных электромагнитных монохроматических волн. При этом прослеживаемые оптические явления объяснял результатом действий данных волн: при наложении друг на друга происходит взаимное увеличение или уменьшения их амплитуды. При наличии таких свойств света, как неимение перехода силы и энергии выделения в другие виды энергии, принято относить к процессам, совершенно соответствующим норме, потому как электромагнитные волны не контактируют друг с другом при интерференционных явлениях, ведь свет всё также передаётся, сохранив неповторимость. Гюйгенсу также принадлежит теория отражения света и преломления.

И волновая, и корпускулярная гипотезы электрического и магнитного светоизлучения нашли своё выражение в научных трудах Максвелла в виде уравнений. И такое самое новое знание о свете, как о непрестанно движущейся волне, даёт способность пояснить те процессы, которые связаны с дифракцией (огибанием светом препятствий) и интерференцией (явление при сложении двух или нескольких световых волн), с учётом структуры света.

В физике свет оказался в действительности самым первым объектом, у которого была выявлена двойственная, корпускулярно-волновая природа. 

Характеристики света

Длина световой волны \(λ\) непосредственно находится в зависимости от скорости распределения этой волны в среде пространства  \({ {v}}\)  и с ней связана, а ещё связана с частотой  вот такой пропорцией:

где   — величина преломления среды.
Данный параметр представляет собой основную функцию длины волны:  

Подчинённое положение параметра преломления от размера волновой становится заметным в виде феномена разложения света — дисперсии — открытого Ньютоном экспериментально в 1672 году.

Своеобразным и всеобъемлющим, но недостаточно изученным явлением в физике, принято считать скорость света — \(c\) . В абсолютном вакууме скорость света представляет из себя предельную скорость простирания электромагнитных пульсаций и колебаний волн.

Принято считать, что в сплошной пустоте со скоростью света распространяется и информация, и любое иное физическое воздействие на объекты материального мира. Если свет проистекает в разного рода средах, то скорость распространения светового сигнала расчётной величины \(v\), как правило, уменьшается:  .

Свет имеет особенности. Главные из них:

• спектральный и комплексный состав – определяется масштабом длины волны света;
• поляризация – диагностируется единым преобразованием пространственной среды электрического вектора путём передачи волны;
• направление диссеминации луча света – подлежит совпадению с волновым объединением без наличия процесса двойного преломления луча.

Квантовая и физиологическая оптика

Замысел подробного изложения электромагнитного поля при помощи «квантов» возникла ещё в начале XX столетия, и была представлена Максом Планком. Ученый допустил, что регулярное излучение света совершается с помощью определенных частиц – квантов.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Спустя тридцать лет было подтверждено, что свет не только излучается частично и параллельно, но и поглощается. Это открытие позволило великому учёному-теоретику Альберту Эйнштейну вычислить дискретную структуру света. Работы этих учёных стали началом развития квантовой физики.

Уже в наши дни учёные стали называть кванты света «фотонами», а непосредственно их поток трактуется как целостный союз элементов. Именно поэтому свет в квантовой оптике воспринимается как одновременный поток частиц и волн, потому что такие процессы, как интерференция и дифракция, очень трудно интерпретировать лишь путём одного потока фотонов.

В середине прошлого века исследовательская практика дала возможность более точно указать территорию применения квантовой оптики. Ученые (эффект Брауна-Твисса) реально доказали, что фотоны от какого угодно теплового источника – звезды, светодиода, лампы, газового разряда или др. – на самом деле стремятся приходить «парами».

Эксперимент под названием «магия двойных фотонов»: излучающиеся фотоны, подающие на 2 фотоприёмника непрерывный сигнал о регистрации элементов, могут заставить принимающие звук аппараты функционировать одновременно. Длительный путь исследований привел к современным представлениям о двойственной корпускулярно-волновой природе света.

В существующей сейчас физической оптике квантовые концепции не противоречат волновым, они сосуществуют на основе квантовой механики и квантовой электродинамики. Квантовая оптика является уникальным современным направлением с немалыми перспективами в исследованиях и применении.

В основном области оптической науки касаются электромагнитных или же квантовых характеристик света.

Принимая во внимание все законы оптики, данный раздел междисциплинарной науки основывается на перечисленных науках и имеет сугубо практическое направление.

Физиологическая оптика исследует строение и отслеживает функционирование зрительного аппарата – от глаза до коры головного мозга. Особое внимание уделяется таким уникальным феноменам, как: галлюцинации и оптическая иллюзия. Разработанные на основе результатов исследований теория зрения, теория восприятия света и цвета, используются в физиологии, в медицине (офтальмология), позволяя корректировать дефекты зрения.

Конечно, сегодня слово «оптика» чаще всего может использоваться как название магазина.
Разумеется, в таких узконаправленных точках продажи можно отовариться различными приборами технической оптики: линзы, очки, механические средства защиты и профилактики зрения. Такие специализированные магазины располагают современным оборудованием, с помощью которого предоставляется возможность на месте точно замерить остроту зрения, узнать об имеющихся проблемах и наметить способы их ликвидации.

Результаты в области физиологической оптики применяются при разработке разного рода устройств – от приборов для освещения и очков (оптическая техника) до телевидения и цветного кино (киноиндустрия)