Оптыка

З пляцоўкі Вікіпедыя
Перайсці да: рух, знайсці
Найважнейшыя паняцці оптыкі: праламленне і адлюстраванне святла (ход прамянёў святла на прыкладзе прызмы).

О́птыка — раздзел фізікі, які вывучае святло. Паколькі святло з'яўляецца адным з відаў электрамагнітных хваль і адрозніваецца ад іншых яго відаў толькі даўжынёй хвалі, то законы оптыкі справядлівыя для ўсіх электрамагнітных хваль, і яе можна разглядаць як навуку аб электрамагнітных хвалях.

Прырода святла[правіць | правіць зыходнік]

Оптыка апынулася адным з першых раздзелаў фізікі, дзе праявілася абмежаванасць класічных уяўленняў пра прыроду. Была ўсталяваная дваістая прырода святла:

  • Хвалевая тэорыя святла, якая бярэ пачатак ад Гюйгенса ( «Трактат пра святло» - фр. Traité de la lumière; 1690), разглядае святло як сукупнасць папярочных манахраматычнага электрамагнітных хваляў, а назіраныя аптычныя эфекты як вынік складання (інтэрферэнцыі) гэтых хваль. Пры гэтым лічыцца, што ў адсутнасць пераходу энергіі выпраменьвання ў іншыя віды энергіі, гэтыя хвалі не ўплываюць адзін на аднаго ў тым сэнсе, што, якая выклікала ў некаторай вобласці прасторы інтэрферэнцыйныя з'явы, хваля працягвае распаўсюджвацца далей без змены сваіх характарыстык. Хвалевая тэорыя электрамагнітнага выпраменьвання знайшла сваё тэарэтычнае апісанне ў працах Максвелла ў форме раўнанняў Максвелла. Выкарыстанне ўяўленні аб святле, як аб хвалі, дазваляе растлумачыць з'явы, звязаныя з інтэрферэнцыі і дыфракцыі, у тым ліку структуру светлавога поля (пабудова малюнкаў і галаграфію).
  • Карпускулярна тэорыя святла , якая бярэ пачатак ад Ньютана ( «Оптыка» - англ. Opticks; 1704), разглядае святло як паток часціц - квантаў святла або фатонаў. У адпаведнасці з ідэяй Планка любое выпраменьванне адбываецца дыскрэтна. Выкарыстанне уяўленняў пра святло, як патоку часціц, тлумачыць з'ява фотаэфекту і заканамернасці тэорыі выпраменьвання.

Характарыстыкі святла[правіць | правіць зыходнік]

Даўжыня светлавой хвалі залежыць ад скорасці распаўсюджвання хвалі ў асяроддзі і звязана з ёю і частатой суадносінамі:

дзе  — паказчык праламлення асяроддзя. У агульным выпадку паказчык праламлення асяроддзя з'яўляецца функцыяй даўжыні хвалі: . Залежнасць паказчыка праламлення ад даўжыні хвалі выяўляецца ў выглядзе з'явы дысперсіі святла.

Характарыстыкамі святла з'яўляюцца:

  • спектральны састаў, вызначаны дыяпазонам даўжынь хваль святла.
  • шырокі клас фотаметрычных велічынь, сярод якіх па шыраце выкарыстання вылучаюцца энергетычныя і светлавыя фотаметрычныя велічыні.
  • палярызацыя, вызначаная змяненнем прасторавай арыентацыі электрычнага вектара па меры распаўсюджвання хвалі ў прасторы.
  • кірунак распаўсюджвання прамяня святла, супадае з кірункам нармалі да хвалевага фронту (пры адсутнасці з'явы двайнога праменепраламлення)[1].

Скорасць святла[правіць | правіць зыходнік]

Універсальным паняццем у фізіцы з'яўляецца скорость святла . Яе значэнне ў вакууме ўяўляе сабой не толькі гранічную скорасць распаўсюджвання электрамагнітных ваганняў любой частаты, але і наогул гранічную скорасць распаўсюджвання інфармацыі або любога ўздзеяння на матэрыяльныя аб'екты. Пры распаўсюджванні святла ў розных асяроддзях фазавая скорасць святла звычайна памяншаецца: , дзе  — паказчык праламлення асяроддзя, які характарызуе яе аптычныя ўласцівасці і залежыць ад частаты святла: . У вобласці анамальнай дысперсіі святла паказчык праламлення можа быць і менш за адзінку, а фазавая скорасць святла больш чым . Апошняе сцвярджэнне не ўваходзіць у супярэчнасць з тэорыя адноснасці, бо перадача інфармацыі з дапамогай святла адбываецца не з фазавай, а, як правіла, з групавой скорасцю.

Оптыка іншых дыяпазонаў[правіць | правіць зыходнік]

Электрамагнітны спектр прынята дзяліць на радыёхвалі, інфрачырвонае, бачнае, ультрафіялетавае, рэнтгенаўскае і гама-выпраменьвання. Гэтыя ўчасткі спектру адрозніваюцца не па сваёй прыродзе, а па спосабе генерацыі і прыёму выпраменьвання. Таму паміж імі няма рэзкіх пераходаў, самі ўчасткі перакрываюцца, а мяжы паміж імі ўмоўныя.

Хвалевыя і квантавыя заканамернасці з'яўляюцца агульнымі для ўсяго спектру электрамагнітнага выпраменьвання. У залежнасці ад даўжыні хвалі, на першы план выступаюць розныя з'явы, розныя метады даследавання і розныя практычныя прымянення. Таму на оптыку нельга глядзець як на замкнёную дысцыпліну, якая вывучае толькі бачную вобласць спектру, аддзеленую ад іншых абласцей выразнымі межамі. Заканамернасці і вынікі, знойдзеныя ў гэтых іншых галінах, могуць апынуцца прыдатныя ў бачнай вобласці спектру і наадварот.

Аналагічныя з'явы сустракаюцца ў распаўсюдзе рэнтгенаўскага выпраменьвання і радыёхваляў, у мікрахвалевых печах і т. п. Оптыка, такім чынам, можа разглядацца як раздзел электрамагнетызму. Некаторыя аптычныя з'явы залежаць ад квантавай прыроды святла, што звязвае некаторыя вобласці оптыкі з квантавай механікай. Практычна, вялізная большасць аптычных з'яў могуць разглядацца, як электрамагнітныя ваганні, апісаныя раўнанняў Максвелла.

Гл. таксама[правіць | правіць зыходнік]

Зноскі[правіць | правіць зыходнік]

  1. Выкарыстоўваецца ў прыбліжэнні геаметрычнай оптыкі.