A óptica como ramo da física. Aulas de física sobre óptica A lei da independência dos raios de luz

Amangeldinov Mustafá Rakhatovich
Estudante
Escola Intelectual Nazarbayev mustafastu123@ Gmail. com

Óptica. História da óptica.

História do desenvolvimento da óptica.

Óptica é o estudo da natureza da luz, dos fenômenos luminosos e da interação da luz com a matéria. E quase toda a sua história é a história de uma busca pela resposta: o que é a luz?

Uma das primeiras teorias da luz, a teoria dos raios visuais, foi apresentada pelo filósofo grego Platão por volta de 400 aC. e. Essa teoria supunha que os raios emanam do olho, que, ao encontrar os objetos, os iluminam e criam a aparência do mundo circundante. As opiniões de Platão foram apoiadas por muitos cientistas antigos e, em particular, Euclides (século III aC), baseado na teoria dos raios visuais, fundou a doutrina da retidão da propagação da luz e estabeleceu a lei da reflexão.

Durante esses mesmos anos, foram descobertos os seguintes fatos:

– retidão da propagação da luz;

– o fenômeno da reflexão da luz e a lei da reflexão;

– o fenômeno da refração da luz;

– efeito de foco de um espelho côncavo.

Os antigos gregos lançaram as bases para o ramo da óptica, que mais tarde ficou conhecido como geométrico.

O trabalho mais interessante sobre óptica que chegou até nós desde a Idade Média é o trabalho do cientista árabe Alhazen. Ele estudou o reflexo da luz nos espelhos, o fenômeno da refração e transmissão da luz nas lentes. Algazen foi o primeiro a expressar a ideia de que a luz tem uma velocidade de propagação finita. Esta hipótese foi um passo importante na compreensão da natureza da luz.

Durante a Renascença, foram feitas muitas descobertas e invenções diferentes; O método experimental começou a se estabelecer como base para o estudo e compreensão do mundo circundante.

Com base em numerosos fatos experimentais, em meados do século XVII surgiram duas hipóteses sobre a natureza dos fenômenos luminosos:

– corpuscular, que presumia que a luz é um fluxo de partículas ejetadas em alta velocidade por corpos luminosos;

– onda, que afirmava que a luz são os movimentos oscilatórios longitudinais de um meio luminoso especial - o éter - excitado pelas vibrações das partículas de um corpo luminoso.

Todo o desenvolvimento posterior da doutrina da luz até os dias atuais é a história do desenvolvimento e da luta dessas hipóteses, cujos autores foram I. Newton e H. Huygens.

As principais disposições da teoria corpuscular de Newton:

1) A luz consiste em pequenas partículas de matéria emitidas em todas as direções em linhas retas, ou raios, por um corpo luminoso, como uma vela acesa. Se esses raios, constituídos por corpúsculos, caírem em nossos olhos, então veremos sua origem.

2) Os corpúsculos leves têm tamanhos diferentes. As partículas maiores, ao entrarem no olho, dão uma sensação de cor vermelha, as menores – violeta.

3) O branco é uma mistura de todas as cores: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo, violeta.

4) A reflexão da luz da superfície ocorre devido à reflexão dos corpúsculos da parede de acordo com a lei do impacto elástico absoluto.

5) O fenômeno da refração da luz é explicado pelo fato dos corpúsculos serem atraídos pelas partículas do meio. Quanto mais denso o meio, menor será o ângulo de refração e o ângulo de incidência.

6) O fenômeno da dispersão da luz, descoberto por Newton em 1666, ele explicou da seguinte forma. Todas as cores já estão presentes na luz branca. Todas as cores são transmitidas através do espaço interplanetário e da atmosfera juntas e produzem o efeito de luz branca. A luz branca – uma mistura de vários corpúsculos – sofre refração após passar por um prisma. Do ponto de vista da teoria mecânica, a refração se deve às forças das partículas de vidro que atuam sobre os corpúsculos leves. Essas forças são diferentes para diferentes corpúsculos. Eles são maiores para o violeta e menores para o vermelho. O caminho dos corpúsculos no prisma será refratado de forma diferente para cada cor, de modo que o raio complexo branco se dividirá em raios componentes coloridos.

7) Newton delineou maneiras de explicar a refração dupla, levantando a hipótese de que os raios de luz têm “lados diferentes” - uma propriedade especial que determina sua refração diferente ao passar por um corpo birrefringente.

A teoria corpuscular de Newton explicou satisfatoriamente muitos fenômenos ópticos conhecidos naquela época. Seu autor gozou de enorme prestígio no mundo científico, e a teoria de Newton logo ganhou muitos adeptos em todos os países.

Visões sobre a natureza da luz nos séculos XIX-XX.

Em 1801, T. Jung realizou um experimento que surpreendeu cientistas de todo o mundo: S - fonte de luz; E – tela; B e C são fendas muito estreitas, espaçadas de 1 a 2 mm uma da outra.

De acordo com a teoria de Newton, duas listras claras deveriam aparecer na tela, na verdade, várias listras claras e escuras apareceram, e uma linha clara P apareceu diretamente oposta ao espaço entre as fendas B e C. A experiência mostrou que a luz é um fenômeno ondulatório. Jung desenvolveu a teoria de Huygens com ideias sobre as vibrações das partículas e a frequência das vibrações. Ele formulou o princípio da interferência, com base no qual explicou o fenômeno da difração, interferência e cor das placas finas.

O físico francês Fresnel combinou o princípio dos movimentos ondulatórios de Huygens e o princípio da interferência de Young. Com base nisso, ele desenvolveu uma rigorosa teoria matemática de difração. Fresnel foi capaz de explicar todos os fenômenos ópticos conhecidos na época.

Princípios básicos da teoria das ondas de Fresnel.

– A luz é a propagação das vibrações no éter a uma velocidade onde é o módulo de elasticidade do éter, r é a densidade do éter;

– As ondas de luz são transversais;

– O éter leve tem propriedades de um corpo sólido elástico e é absolutamente incompressível.

Ao passar de um meio para outro, a elasticidade do éter não muda, mas sua densidade muda. Índice de refração relativo de uma substância.

As vibrações transversais podem ocorrer simultaneamente em todas as direções perpendiculares à direção de propagação da onda.

O trabalho de Fresnel ganhou reconhecimento de cientistas. Logo surgiram vários trabalhos experimentais e teóricos confirmando a natureza ondulatória da luz.

Em meados do século XIX, começaram a ser descobertos fatos que indicavam uma ligação entre fenômenos ópticos e elétricos. Em 1846, M. Faraday observou rotações dos planos de polarização da luz em corpos colocados em um campo magnético. Faraday introduziu o conceito de campos elétricos e magnéticos como sobreposições peculiares no éter. Um novo “éter eletromagnético” apareceu. O físico inglês Maxwell foi o primeiro a chamar a atenção para estas opiniões. Ele desenvolveu essas ideias e construiu uma teoria do campo eletromagnético.

A teoria eletromagnética da luz não eliminou a teoria mecânica de Huygens-Young-Fresnel, mas a colocou em um novo nível. Em 1900, o físico alemão Planck apresentou uma hipótese sobre a natureza quântica da radiação. Sua essência era a seguinte:

– a emissão de luz é de natureza discreta;

– a absorção também ocorre em porções discretas, quanta.

A energia de cada quantum é representada pela fórmulaE=hn , Ondeh é a constante de Planck e n é a frequência da luz.

Cinco anos depois de Planck, foi publicado o trabalho do físico alemão Einstein sobre o efeito fotoelétrico. Einstein acreditava:

– a luz que ainda não interagiu com a matéria tem uma estrutura granular;

– O elemento estrutural da radiação luminosa discreta é o fóton.

Em 1913, o físico dinamarquês N. Bohr publicou a teoria do átomo, na qual combinou a teoria dos quanta de Planck-Einstein com uma imagem da estrutura nuclear do átomo.

Assim surgiu uma nova teoria quântica da luz, nascida com base na teoria corpuscular de Newton. Um quantum atua como um corpúsculo.

Disposições básicas.

– A luz é emitida, propagada e absorvida em porções discretas – quanta.

– Um quantum de luz - um fóton carrega energia proporcional à frequência da onda com a qual é descrito pela teoria eletromagnéticaE=hn .

– Um fóton tem massa (), momento e momento angular ().

– Um fóton, como partícula, existe apenas em movimento cuja velocidade é a velocidade de propagação da luz em um determinado meio.

– Para todas as interações nas quais um fóton participa, as leis gerais de conservação de energia e momento são válidas.

– Um elétron em um átomo só pode estar em alguns estados estacionários estáveis ​​​​discretos. Estando em estados estacionários, um átomo não emite energia.

– Ao passar de um estado estacionário para outro, um átomo emite (absorve) um fóton com frequência (ondeE 1 EE 2 – energias dos estados inicial e final).

Com o surgimento da teoria quântica, ficou claro que as propriedades corpusculares e ondulatórias são apenas dois lados, duas manifestações inter-relacionadas da essência da luz. Eles não refletem a unidade dialética da discrição e continuidade da matéria, expressa na manifestação simultânea de propriedades ondulatórias e corpusculares. O mesmo processo de radiação pode ser descrito tanto usando um aparato matemático para ondas que se propagam no espaço e no tempo, quanto usando métodos estatísticos para prever o aparecimento de partículas em um determinado lugar e em um determinado momento. Ambos os modelos podem ser usados ​​simultaneamente e, dependendo das condições, um deles é preferido.

As conquistas nos últimos anos no campo da óptica foram possíveis graças ao desenvolvimento da física quântica e da óptica ondulatória. Hoje em dia, a teoria da luz continua a se desenvolver.

Propriedades ondulatórias da luz e óptica geométrica.

A óptica é um ramo da física que estuda as propriedades e a natureza física da luz, bem como sua interação com a matéria.

Os fenômenos ópticos mais simples, como o aparecimento de sombras e a produção de imagens em instrumentos ópticos, podem ser compreendidos no âmbito da óptica geométrica, que opera com o conceito de raios de luz individuais que obedecem às leis conhecidas de refração e reflexão e são independentes um do outro. Para compreender fenômenos mais complexos, é necessária a óptica física, que considera esses fenômenos em conexão com a natureza física da luz. A óptica física permite derivar todas as leis da óptica geométrica e estabelecer os limites da sua aplicabilidade. Sem o conhecimento destes limites, a aplicação formal das leis da óptica geométrica pode, em casos específicos, levar a resultados que contradizem os fenómenos observados. Portanto, não se pode limitar-se à construção formal da óptica geométrica, mas deve-se encará-la como um ramo da óptica física.

O conceito de feixe de luz pode ser obtido considerando um feixe de luz real em um meio homogêneo, do qual um feixe estreito paralelo é isolado por meio de um diafragma. Quanto menor o diâmetro desses furos, mais estreito é o feixe isolado, e no limite, indo para furos tão pequenos quanto desejado, pareceria que um feixe de luz pode ser obtido em linha reta. Mas tal processo de isolamento de um feixe (feixe) arbitrariamente estreito é impossível devido ao fenômeno da difração. A expansão angular inevitável de um feixe de luz real que passa por um diafragma de diâmetro D é determinada pelo ângulo de difração j~l/D . Somente no caso limite, quando l = 0, tal expansão não ocorreria, e poderíamos falar do raio como uma linha geométrica, cuja direção determina a direção de propagação da energia luminosa.

Assim, um raio de luz é um conceito matemático abstrato, e a óptica geométrica é um caso limite aproximado para o qual a óptica ondulatória entra quando o comprimento de onda da luz tende a zero.

O olho como sistema óptico.

O órgão humano da visão são os olhos, que em muitos aspectos representam um sistema óptico muito avançado.

Em geral, o olho humano é um corpo esférico com cerca de 2,5 cm de diâmetro, denominado globo ocular (Fig. 5). A camada externa opaca e durável do olho é chamada de esclera, e sua parte frontal transparente e mais convexa é chamada de córnea. Por dentro, a esclera é coberta por uma coróide, composta por vasos sanguíneos que irrigam o olho. Em frente à córnea, a coróide passa para a íris, de coloração diferente em pessoas diferentes, que é separada da córnea por uma câmara contendo uma massa aquosa transparente.

A íris possui um orifício redondo denominado pupila, cujo diâmetro pode variar. Assim, a íris desempenha o papel de diafragma, regulando o acesso da luz ao olho. Na luz forte a pupila fica menor e na pouca luz ela aumenta. Dentro do globo ocular, atrás da íris, está o cristalino, que é uma lente biconvexa feita de uma substância transparente com índice de refração de cerca de 1,4. A lente é circundada por um músculo anular, que pode alterar a curvatura de suas superfícies e, portanto, seu poder óptico.

A coróide na parte interna do olho é coberta por ramos do nervo fotossensível, especialmente densos na frente da pupila. Esses ramos formam a retina, na qual é obtida a imagem real dos objetos criados pelo sistema óptico do olho. O espaço entre a retina e o cristalino é preenchido por um corpo vítreo transparente, que possui uma estrutura gelatinosa. A imagem dos objetos na retina é invertida. Porém, a atividade do cérebro, que recebe sinais do nervo fotossensível, permite-nos ver todos os objetos em posições naturais.

Quando o músculo anular do olho está relaxado, a imagem de objetos distantes é obtida na retina. Em geral, a estrutura do olho é tal que uma pessoa pode ver objetos localizados a menos de 6 metros do olho sem esforço. Neste caso, a imagem de objetos mais próximos é obtida atrás da retina. Para obter uma imagem nítida de tal objeto, o músculo anular comprime o cristalino cada vez mais até que a imagem do objeto apareça na retina e então mantém o cristalino em um estado comprimido.

Assim, a “focagem” do olho humano é realizada alterando a potência óptica da lente com a ajuda do músculo anular. A capacidade do sistema óptico do olho de criar imagens nítidas de objetos localizados a diferentes distâncias dele é. chamado alojamento (do latim “acomodação” - adaptação). Ao visualizar objetos muito distantes, raios paralelos entram no olho. Neste caso, diz-se que o olho está acomodado ao infinito.

A acomodação do olho não é infinita. Com a ajuda do músculo anular, a potência óptica do olho não pode aumentar mais do que 12 dioptrias. Ao olhar por muito tempo para objetos próximos, o olho fica cansado e o músculo anular começa a relaxar e a imagem do objeto fica embaçada.

Os olhos humanos nos permitem ver os objetos com clareza, não apenas à luz do dia. A capacidade do olho de se adaptar a vários graus de irritação das terminações do nervo fotossensível na retina, ou seja, a vários graus de brilho dos objetos observados é chamada de adaptação.

A convergência dos eixos visuais dos olhos em um determinado ponto é chamada de convergência. Quando os objetos estão localizados a uma distância considerável de uma pessoa, ao mover os olhos de um objeto para outro, os eixos dos olhos praticamente não mudam e a pessoa perde a capacidade de determinar corretamente a posição do objeto. Quando os objetos estão muito distantes, os eixos dos olhos são paralelos e a pessoa não consegue nem determinar se o objeto que está olhando está se movendo ou não. A força do músculo anular, que comprime o cristalino ao visualizar objetos localizados próximos a uma pessoa, também desempenha um certo papel na determinação da posição dos corpos.

Espectroscópio.

Um espectroscópio é usado para observar espectros.

O espectroscópio prismático mais comum consiste em dois tubos, entre os quais é colocado um prisma triangular.

No tubo A, denominado colimador, existe uma fenda estreita cuja largura pode ser ajustada girando um parafuso. Uma fonte de luz é colocada na frente da fenda, cujo espectro deve ser examinado. A fenda está localizada no plano do colimador e, portanto, os raios de luz do colimador saem na forma de um feixe paralelo. Depois de passar pelo prisma, os raios de luz são direcionados para o tubo B, através do qual o espectro é observado. Se um espectroscópio se destina a medições, uma imagem de uma escala com divisões é sobreposta à imagem do espectro por meio de um dispositivo especial, que permite determinar com precisão a posição das linhas coloridas no espectro.

Dispositivo de medição óptica.

Um dispositivo de medição óptico é um instrumento de medição no qual a observação (alinhamento dos limites de um objeto controlado com uma linha fina, mira, etc.) ou determinação do tamanho é realizada usando um dispositivo com princípio de operação óptico. Existem três grupos de instrumentos de medição óptica: dispositivos com princípio de mira óptica e método mecânico para relatar movimento; dispositivos com mira óptica e relatórios de movimento; dispositivos que tenham contato mecânico com o dispositivo de medição, com método óptico para determinação do movimento dos pontos de contato.

Os primeiros dispositivos a se difundirem foram os projetores para medição e monitoramento de peças com contornos complexos e tamanhos pequenos.

O segundo dispositivo mais comum é um microscópio de medição universal, no qual a peça que está sendo medida se move em um carro longitudinal e o microscópio principal se move em um carro transversal.

Dispositivos do terceiro grupo são usados ​​para comparar grandezas lineares medidas com medidas ou escalas. Eles geralmente são combinados sob o nome geral de comparadores. Este grupo de dispositivos inclui um otimizador (óptico, máquina de medição, interferômetro de contato, telêmetro óptico, etc.).

Os instrumentos de medição óptica também são difundidos na geodésia (nível, teodolito, etc.).

Teodolito é um instrumento geodésico para determinar direções e medir ângulos horizontais e verticais durante trabalhos geodésicos, topográficos e topográficos, em construção, etc.

Nível - um instrumento geodésico para medir elevações de pontos na superfície terrestre - nivelamento, bem como para definir direções horizontais durante a instalação, etc. funciona.

Na navegação, é amplamente utilizado um sextante - um instrumento goniométrico reflexivo de espelho para medir as alturas dos corpos celestes acima do horizonte ou os ângulos entre objetos visíveis, a fim de determinar as coordenadas do local do observador. A característica mais importante do sextante é a capacidade de combinar simultaneamente dois objetos no campo de visão do observador, entre os quais o ângulo é medido, o que permite que o sextante seja usado em um avião ou navio sem uma diminuição perceptível na precisão, mesmo durante o lançamento.

Uma direção promissora no desenvolvimento de novos tipos de instrumentos de medição óptica é equipá-los com dispositivos de leitura eletrônica que possibilitem simplificar a leitura e a observação, etc.

Conclusão.

O significado prático da óptica e sua influência em outros ramos do conhecimento são extremamente grandes. A invenção do telescópio e do espectroscópio abriu ao homem um mundo mais surpreendente e rico de fenômenos que ocorrem no vasto Universo. A invenção do microscópio revolucionou a biologia. A fotografia ajudou e continua a ajudar quase todos os ramos da ciência. Um dos elementos mais importantes do equipamento científico são as lentes. Sem ele não haveria microscópio, telescópio, espectroscópio, câmera, cinema, televisão, etc. não haveria óculos e muitas pessoas com mais de 50 anos seriam incapazes de ler e de realizar muitos trabalhos que exigem visão.

A gama de fenômenos estudados pela óptica física é muito extensa. Os fenômenos ópticos estão intimamente relacionados aos fenômenos estudados em outros ramos da física, e os métodos de pesquisa óptica estão entre os mais sutis e precisos. Portanto, não é surpreendente que a óptica tenha desempenhado por muito tempo um papel de liderança em muitos estudos fundamentais e no desenvolvimento de visões físicas básicas. Basta dizer que ambas as principais teorias físicas do século passado - a teoria da relatividade e a teoria quântica - originaram-se e desenvolveram-se em grande medida com base na investigação óptica. A invenção dos lasers abriu vastas novas possibilidades não só na óptica, mas também nas suas aplicações em vários ramos da ciência e da tecnologia.

Bibliografia. Artsybyshev S.A. Física - M.: Medgiz, 1950.

Jdanov L.S. Jdanov G.L. Física para instituições de ensino médio - M.: Nauka, 1981.

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Sivukhin D.V. Curso geral de física: Óptica - M.: Nauka, 1980.

Shemyakov N.F.

Física. Parte 3. Óptica ondulatória e quântica, estrutura do átomo e núcleo, imagem física do mundo.

Os fundamentos físicos da óptica ondulatória e quântica, a estrutura do átomo e do núcleo e a imagem física do mundo são delineados de acordo com o programa geral do curso de física para universidades técnicas.

É dada especial atenção à divulgação do significado físico, ao conteúdo dos princípios e conceitos básicos da física estatística, bem como à aplicação prática dos fenómenos em consideração, tendo em conta as conclusões da mecânica clássica, relativística e quântica.

Destinado a alunos do 2º ano do ensino a distância, pode ser utilizado por alunos de período integral, alunos de pós-graduação e professores de física.

Chuvas cósmicas fluíam dos céus, carregando correntes de pósitrons nas caudas dos cometas. Mésons, até bombas apareceram, Todos os tipos de ressonâncias ali...

7. ÓPTICA DE ONDA

1. Natureza da luz

De acordo com ideias modernas, luz tem uma natureza de onda de partícula. Por um lado, a luz se comporta como um fluxo de partículas - fótons, que são emitidos, propagados e absorvidos na forma de quanta. A natureza corpuscular da luz manifesta-se, por exemplo, nos fenómenos

efeito fotoelétrico, efeito Compton. Por outro lado, a luz tem propriedades ondulatórias. A luz são ondas eletromagnéticas. A natureza ondulatória da luz se manifesta, por exemplo, nos fenômenos interferência, difração, polarização, dispersão, etc. As ondas eletromagnéticas são

transversal.

EM onda eletromagnética oscila vetores

campo elétrico E e campo magnético H, e não matéria, como, por exemplo, no caso das ondas na água ou em uma corda esticada. As ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo a uma velocidade de 3.108 m/s. Assim, a luz é um objeto físico real que não pode ser reduzido a uma onda ou a uma partícula no sentido usual. Ondas e partículas são apenas duas formas de matéria que exibem a mesma entidade física.

7.1. Elementos de óptica geométrica

7.1.1. Princípio de Huygens

	Quando as ondas se propagam em um meio, incluindo
	incluindo os eletromagnéticos, para encontrar novos
	frente de onda a qualquer momento
	use o princípio de Huygens.
	Cada ponto da frente de onda é
	fonte de ondas secundárias.
	Em um meio isotrópico homogêneo, a onda
	as superfícies das ondas secundárias parecem esferas
	raio vt,	onde v é a velocidade de propagação
	ondas no meio.	Realizando o envelope de onda

de frentes de onda secundárias, obtemos uma nova frente de onda em um determinado momento (Fig. 7.1, a, b).

7.1.2. Lei da Reflexão

Utilizando o princípio de Huygens, é possível provar a lei da reflexão das ondas eletromagnéticas na interface entre dois dielétricos.

O ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão. Os raios, incidentes e refletidos, juntamente com uma perpendicular à interface entre dois dielétricos, situam-se em

para SD é chamado de ângulo de incidência. Se em um determinado momento a frente da onda OB incidente atingir o ponto O, então, de acordo com o princípio de Huygens, este ponto

começa a emitir uma onda secundária. Durante		t = VO1 /v feixe incidente 2
	atinge o ponto O1. Ao mesmo tempo, a frente do secundário
	ondas, após reflexão no ponto O, espalhando-se em
	mesmo ambiente, atinge pontos do hemisfério,
	raio OA = v	t = BO1. Nova frente de onda
	representado pelo plano AO1, e a direção
	distribuição	Feixe OA. O ângulo é chamado
	ângulo de reflexão. Da igualdade dos triângulos
	OAO1 e OBO1 seguem a lei da reflexão: ângulo
	a incidência é igual ao ângulo de reflexão.

	7.1.3. Lei da refração
	Um meio opticamente homogêneo 1 é caracterizado por absoluto
índice de refração
	velocidade da luz no vácuo; v1		velocidade da luz no primeiro meio.
onde v2
	Atitude	n2 / n1 = n21

é chamado de índice de refração relativo do segundo meio em relação ao primeiro.

frequência Se a velocidade de propagação da luz no primeiro meio for v1 e no segundo meio v2,

ambiente (de acordo com o princípio de Huygens), atinge pontos do hemisfério, cujo raio OB = v2 t. A nova frente da onda que se propaga no segundo meio é representada pelo plano BO1 (Fig. 7.3), e sua direção

propagação pelos raios OB e O1 C (perpendicular à frente de onda). O ângulo entre o raio OB e a normal à interface entre dois dielétricos em

ponto O chamado de ângulo de refração. Dos triângulos OAO1

OVO1

segue-se que AO1 = OO1 sen

OB = OO1 pecado.

A atitude deles expressa a lei

refração (lei de Snell):

n21.

A razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo

refração

relativo

índice de refração de dois meios.

7.1.4. Reflexão interna total

De acordo com a lei da refração na interface entre dois meios, é possível

observar reflexão interna total, se n1 > n2, ou seja,

7.4). Portanto, existe um ângulo de incidência tão limite

pr quando

900. Então a lei da refração

assume a seguinte forma:

pecado pr =

(pecado 900 =1)

Com mais

aumentando

completamente

refletido na interface entre duas mídias.

Este fenômeno é denominado reflexão interna total e são amplamente utilizados em óptica, por exemplo, para alterar a direção dos raios de luz (Fig. 7.5, a, b). É usado em telescópios, binóculos, fibras ópticas e outros instrumentos ópticos. Nos processos ondulatórios clássicos, como o fenômeno da reflexão interna total das ondas eletromagnéticas,

são observados fenômenos semelhantes ao efeito túnel na mecânica quântica, que está associado às propriedades partícula-onda das partículas. Com efeito, quando a luz passa de um meio para outro, observa-se a refração da luz, associada a uma mudança na velocidade de sua propagação nos diferentes meios. Na interface entre dois meios, um feixe de luz é dividido em dois: refratado e refletido. De acordo com a lei da refração, temos que se n1 > n2, então em > pr é observada reflexão interna total.

Por que isso está acontecendo? A solução das equações de Maxwell mostra que a intensidade da luz no segundo meio é diferente de zero, mas decai muito rapidamente, exponencialmente, com a distância de

	limites da interface.
		Experimental
	observação			interno
	reflexão é mostrada na Fig. 7,6,
	demonstra			penetração
	luz na área “proibida”
	óptica geométrica.
				retangular

um prisma de vidro isósceles, um raio de luz incide perpendicularmente e, sem refração, incide na face 2, observa-se reflexão interna total,

/2 da face 2 coloque o mesmo prisma, então um raio de luz passará pela face 2* e sairá do prisma pela face 1* paralelo ao raio incidente na face 1. A intensidade J do fluxo de luz transmitido diminui exponencialmente com o aumento lacuna h entre os prismas de acordo com a lei:

Portanto, a penetração da luz na região “proibida” é um análogo óptico do efeito de tunelamento quântico.

O fenômeno da reflexão interna total é verdadeiramente completo, pois neste caso toda a energia da luz incidente é refletida na interface entre dois meios do que quando refletida, por exemplo, na superfície de espelhos metálicos. Usando esse fenômeno, podemos traçar outro

a analogia entre a refração e reflexão da luz, por um lado, e a radiação Vavilov-Cherenkov, por outro.

7.2. INTERFERÊNCIA DE ONDA

7.2.1. O papel dos vetores E e H

Na prática, diversas ondas podem se propagar simultaneamente em meios reais. Como resultado da adição de ondas, vários fenômenos interessantes são observados: interferência, difração, reflexão e refração de ondas etc.

Esses fenômenos ondulatórios são característicos não apenas das ondas mecânicas, mas também das ondas elétricas, magnéticas, luminosas, etc. Todas as partículas elementares também apresentam propriedades ondulatórias, o que foi comprovado pela mecânica quântica.

Um dos fenômenos ondulatórios mais interessantes, observado quando duas ou mais ondas se propagam em um meio, é chamado de interferência. Um meio opticamente homogêneo 1 é caracterizado por

índice de refração absoluto
	velocidade da luz no vácuo; velocidade da luz v1 no primeiro meio.
O meio 2 é caracterizado pelo índice de refração absoluto
onde v2	velocidade da luz no segundo meio.
Atitude

chamado de índice de refração relativo do segundo meio

	usando a teoria de Maxwell, ou
	onde 1, 2 são as constantes dielétricas do primeiro e do segundo meio.
	Para vácuo n = 1. Devido à dispersão (frequência da luz				1014 Hz), por exemplo,

para água n = 1,33, e não n = 9 (= 81), como segue da eletrodinâmica para baixas frequências. A luz são ondas eletromagnéticas. Portanto eletromagnético

o campo é determinado pelos vetores E e H, que caracterizam as intensidades dos campos elétrico e magnético, respectivamente. Porém, em muitos processos de interação da luz com a matéria, por exemplo, como o efeito da luz nos órgãos da visão, fotocélulas e outros dispositivos,

o papel decisivo pertence ao vetor E, que em óptica é chamado de vetor de luz.

Todos os processos que ocorrem em dispositivos sob a influência da luz são causados ​​​​pela ação do campo eletromagnético de uma onda de luz sobre as partículas carregadas que constituem os átomos e moléculas. Nestes processos o papel principal

elétrons jogam devido à alta frequência

flutuações

luz

15Hz).

atual

por elétron de

campo eletromagnetico,

Fqe(E

0 },

onde q e

carga de elétrons; v

sua velocidade;

permeabilidade magnética

ambiente;

constante magnética.

O valor máximo do módulo do produto vetorial do segundo

termo em v

H, levando em conta

0 H2 =

0 E2,

acontece que

0 N ve =

eu e

velocidade da luz em

matéria e no vácuo, respectivamente;

0 elétrico

constante;

constante dielétrica de uma substância.

Além disso, v >> ve, uma vez que a velocidade da luz na matéria é v

108 m/s, uma velocidade

elétron no átomo ve

106m/s. Sabe-se que

frequência cíclica; Rá

10 10

o tamanho atômico desempenha um papel

amplitudes de vibrações forçadas de um elétron em um átomo.

Por isso,

F ~ qe E, e o papel principal é desempenhado pelo vetor

E em vez de

vetor H. Os resultados obtidos estão de acordo com os dados experimentais. Por exemplo, nos experimentos de Wiener, a área de escurecimento da emulsão fotográfica sob

pela ação da luz coincidem com os antinodos do vetor elétrico E.

7.3. Condições para interferência máxima e mínima

O fenômeno de superposição de ondas de luz coerentes, em que se observa uma alternância de amplificação da luz em alguns pontos do espaço e enfraquecimento em outros, é chamado de interferência luminosa.

Uma condição necessária interferência de luz é coerência

ondas senoidais dobradas.

As ondas são chamadas de coerentes se a diferença de fase das ondas adicionadas não muda ao longo do tempo, ou seja, = const.

Esta condição é satisfeita por ondas monocromáticas, ou seja, ondas

E, os campos eletromagnéticos dobrados ocorreram ao longo das mesmas direções ou de direções semelhantes. Neste caso, deve haver uma coincidência

apenas os vetores E, mas também H, que serão observados somente se as ondas se propagarem ao longo da mesma linha reta, ou seja, são igualmente polarizados.

Vamos encontrar as condições para interferência máxima e mínima.

Para fazer isso, considere a adição de duas ondas de luz monocromáticas e coerentes de mesma frequência (1 = 2 =), com amplitudes iguais (E01 = E02 = E0), oscilando no vácuo em uma direção de acordo com a lei do seno ( ou cosseno), ou seja,

				E01 pecado(				01),
				E02 pecado(				02),
onde r1, r2	distâncias das fontes S1 e S2				ao ponto de observação na tela;
01, 02	fases iniciais; k =			número de onda.

De acordo com o princípio da superposição (estabelecido Leonardo da Vinci) o vetor de intensidade da oscilação resultante é igual à soma geométrica dos vetores de intensidade das ondas adicionadas, ou seja,

E2.

Por simplicidade, assumimos que as fases iniciais das ondas dobradas

são iguais a zero, ou seja, 01 =

02 = 0. Em valor absoluto, temos

E = E1 + E2 =2E0 sen[

k(r1

k(r2

Em (7.16) a expressão

r1 ) n =

diferença de caminho óptico

ondas empilháveis; n

índice de refração absoluto do meio.

Para outros meios que não sejam vácuo, por exemplo, para água (n1, 1),

vidro (n2, 2), etc. k = k1 n1;

k = k2n2;

1n1;

2n2;

é chamada de amplitude da onda resultante.

A amplitude da potência da onda é determinada (para uma superfície frontal de onda unitária) Vetor de Poynting, ou seja, módulo

0 E 0 2 cos2 [

k(r2

onde П = с w,

0E2

volumétrico

densidade

campo eletromagnético (para vácuo

1), ou seja, P = c

0E2 .

Se J = P

a intensidade da onda resultante, e

J0 = s

0 E 0 2

sua intensidade máxima, então levando em conta

(7.17) e (7.18) intensidade

a onda resultante mudará de acordo com a lei

J = 2J0 (1+cos).

Diferença de fase de ondas dobradas

e não depende do tempo, onde

2 = t kr2 +

1 = t kr1 +

Encontramos a amplitude da onda resultante usando a fórmula

K(r2

r1 )n =

Há duas possibilidades:

1. Condição máxima.

Se a diferença de fase das ondas adicionadas for um número par

	1, 2, ..., então a amplitude resultante será máxima,
	E 02 E 012 E 022 2E 01E 02
	E0 = E01 + E02.
Consequentemente, as amplitudes das ondas se somam,		e se eles são iguais
(E01 = E02)	a amplitude resultante dobra.
A intensidade resultante também é máxima:
	Jmáx = 4J0.

Cientistas antigos que viveram no século 5 aC sugeriram que tudo na natureza e neste mundo é condicional, e apenas átomos e vazio podem ser chamados de realidade. Até o momento, foram preservados importantes documentos históricos que confirmam o conceito da estrutura da luz como um fluxo constante de partículas que possuem certas propriedades físicas. No entanto, o próprio termo “óptica” aparecerá muito mais tarde. As sementes de filósofos como Demócrito e Euclides, semeadas enquanto se compreendia a estrutura de todos os processos que ocorrem na Terra, brotaram. Somente no início do século XIX a óptica clássica foi capaz de adquirir seus traços característicos, reconhecíveis pelos cientistas modernos, e surgir como uma ciência plena.

Definição 1

A óptica é um grande ramo da física que estuda e considera fenômenos diretamente relacionados à propagação de poderosas ondas eletromagnéticas no espectro visível, bem como em faixas próximas a ele.

A classificação principal desta seção corresponde ao desenvolvimento histórico da doutrina da estrutura específica da luz:

• geométrico – século III a.C. (Euclides);
• físico – século XVII (Huygens);
• quântico – século 20 (Planck).

A óptica caracteriza completamente as propriedades de refração da luz e explica fenômenos diretamente relacionados a esta questão. Os métodos e princípios dos sistemas ópticos são usados ​​em muitas disciplinas aplicadas, incluindo física, engenharia elétrica e medicina (especialmente oftalmologia). Nestes, bem como em campos interdisciplinares, as conquistas da óptica aplicada são extremamente populares, que, juntamente com a mecânica de precisão, criam uma base sólida para a indústria óptico-mecânica.

Natureza da luz

A óptica é considerada um dos primeiros e principais ramos da física, onde foram apresentadas as limitações das ideias antigas sobre a natureza.

Como resultado, os cientistas foram capazes de estabelecer a dualidade dos fenômenos naturais e da luz:

• a hipótese corpuscular da luz, originária de Newton, estuda esse processo como um fluxo de partículas elementares - fótons, onde absolutamente qualquer radiação é realizada de forma discreta, e a porção mínima da potência de uma determinada energia tem frequência e magnitude correspondentes ao intensidade da luz emitida;
• A teoria ondulatória da luz, originária de Huygens, implica o conceito de luz como um conjunto de ondas eletromagnéticas monocromáticas paralelas observadas em fenômenos ópticos e representadas como resultado da ação dessas ondas.

Com tais propriedades da luz, a ausência de transição da força e energia da radiação para outros tipos de energia é considerada um processo completamente normal, uma vez que as ondas eletromagnéticas não interagem entre si no ambiente espacial dos fenômenos de interferência, pois os efeitos da luz continuam propagar sem alterar sua especificidade.

As hipóteses ondulatórias e corpusculares da radiação elétrica e magnética encontraram sua aplicação nos trabalhos científicos de Maxwell na forma de equações.

Este novo conceito de luz como onda em constante movimento permite explicar processos associados à difração e interferência, incluindo a estrutura do campo luminoso.

Características da luz

O comprimento da onda de luz $\lambda$ depende diretamente da velocidade geral de propagação deste fenômeno no meio espacial $v$ e está relacionado à frequência $\nu$ pela seguinte relação:

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

onde $n$ é o parâmetro de refração do meio. Em geral, este indicador é uma função básica do comprimento de onda eletromagnético: $n=n(\lambda)$.

A dependência do índice de refração do comprimento de onda se manifesta na forma do fenômeno de dispersão sistemática da luz. Um conceito universal e ainda pouco estudado na física é a velocidade da luz $c$. Seu significado especial no vazio absoluto representa não apenas a velocidade máxima de disseminação de poderosas frequências eletromagnéticas, mas também a intensidade máxima de disseminação de informações ou outro impacto físico em objetos materiais. À medida que o movimento do fluxo de luz aumenta em diferentes áreas, a velocidade inicial da luz $v$ frequentemente diminui: $v = \frac (c)(n)$.

As principais características da luz são:

• composição espectral e complexa determinada pela escala de comprimentos de onda da luz;
• polarização, que é determinada pela mudança geral no ambiente espacial do vetor elétrico através da propagação das ondas;
• a direção de propagação de um feixe de luz, que deve coincidir com a frente da onda na ausência do processo de birrefringência.

Óptica quântica e fisiológica

A ideia de uma descrição detalhada do campo eletromagnético usando quanta surgiu no início do século 20 e foi dublada por Max Planck. Os cientistas sugeriram que a emissão constante de luz é realizada através de certas partículas - quanta. Após 30 anos, ficou comprovado que a luz não é apenas emitida parcialmente e em paralelo, mas também absorvida.

Isto proporcionou a Albert Einstein a oportunidade de determinar a estrutura discreta da luz. Hoje em dia, os cientistas chamam de quanta de luz fótons, e o próprio fluxo é considerado um grupo integral de elementos. Assim, na óptica quântica, a luz é considerada tanto como um fluxo de partículas quanto como ondas ao mesmo tempo, uma vez que processos como interferência e difração não podem ser explicados por um único fluxo de fótons.

Em meados do século XX, as atividades de pesquisa de Brown-Twiss permitiram determinar com maior precisão a área de utilização da óptica quântica. O trabalho do cientista comprovou que um certo número de fontes de luz que emitem fótons para dois fotodetectores e emitem um sinal sonoro constante sobre o registro dos elementos podem fazer com que os dispositivos funcionem simultaneamente.

A introdução do uso prático da luz não clássica levou os pesquisadores a resultados incríveis. A este respeito, a óptica quântica é um campo moderno único com enormes oportunidades de investigação e aplicação.

Nota 1

A óptica moderna há muito inclui muitas áreas do mundo científico e do desenvolvimento que são procuradas e populares.

Estas áreas da ciência óptica estão diretamente relacionadas com as propriedades eletromagnéticas ou quânticas da luz, incluindo outras áreas.

Definição 2

A óptica fisiológica é uma nova ciência interdisciplinar que estuda a percepção visual da luz e combina informações da bioquímica, biofísica e psicologia.

Levando em consideração todas as leis da óptica, esta seção da ciência é baseada nessas ciências e tem um direcionamento prático especial. Os elementos do aparelho visual são estudados e é dada especial atenção a fenômenos únicos, como ilusão de ótica e alucinações. Os resultados dos trabalhos nesta área são utilizados na fisiologia, medicina, engenharia óptica e indústria cinematográfica.

Hoje, a palavra óptica é mais usada como nome de uma loja. Naturalmente, nesses pontos especializados é possível adquirir uma variedade de dispositivos ópticos técnicos - lentes, óculos, mecanismos de proteção da visão. Nesta fase, as lojas dispõem de equipamentos modernos que permitem determinar com precisão a acuidade visual no local, bem como identificar problemas existentes e formas de os eliminar.

CORPO ABSOLUTAMENTE NEGRO– um modelo mental de um corpo que, a qualquer temperatura, absorve completamente toda a radiação eletromagnética incidente sobre ele, independentemente da composição espectral. Radiação A.h.t. é determinado apenas pela sua temperatura absoluta e não depende da natureza da substância.

LUZ BRANCA- complexo eletromagnético radiação , causando uma sensação de cor neutra nos olhos de uma pessoa.

RADIAÇÃO VISÍVEL- radiação óptica com comprimentos de onda de 380 - 770 nm, capaz de causar sensação visual nos olhos humanos.

Emissão estimulada, radiação induzida - a emissão de ondas eletromagnéticas por partículas de matéria (átomos, moléculas, etc.) localizadas em estado excitado, ou seja, estado de desequilíbrio sob a influência da radiação motriz externa. Dentro e. coerentemente (ver coerência) com radiação forçada e sob certas condições pode levar à amplificação e geração de ondas eletromagnéticas. Veja também gerador quântico.

HOLOGRAMA- um padrão de interferência registrado em uma chapa fotográfica, formado por duas ondas coerentes (ver. coerência): uma onda de referência e uma onda refletida de um objeto iluminado pela mesma fonte de luz. Ao reconstruir G., percebemos uma imagem tridimensional de um objeto.

HOLOGRAFIA- um método de obtenção de imagens tridimensionais de objetos, baseado no registro e posterior reconstrução da frente de onda refletida por esses objetos. A obtenção de um holograma é baseada em.

PRINCÍPIO DE HUYGEN- um método que permite determinar a posição da frente de onda a qualquer momento. De acordo com g.p. todos os pontos através dos quais a frente de onda passa no tempo t são fontes de ondas esféricas secundárias, e a posição desejada da frente de onda no tempo t+Dt coincide com a superfície que envolve todas as ondas secundárias. Permite explicar as leis de reflexão e refração da luz.

HUYGENS - FRESNEL - PRINCÍPIO- um método aproximado para resolver problemas de propagação de ondas. G.-F. p. afirma: em qualquer ponto localizado fora de uma superfície fechada arbitrária cobrindo uma fonte pontual de luz, a onda de luz excitada por esta fonte pode ser representada como o resultado da interferência de ondas secundárias emitidas por todos os pontos da superfície fechada especificada. Permite resolver problemas simples.

PRESSÃO LEVE - pressão, produzido pela luz em uma superfície iluminada. Desempenha um papel importante nos processos cósmicos (formação de caudas de cometas, equilíbrio de grandes estrelas, etc.).

IMAGEM REAL- cm. .

DIAFRAGMA- um dispositivo para limitar ou alterar o feixe de luz em um sistema óptico (por exemplo, a pupila do olho, a armação da lente, a lente da câmera).

DISPERSÃO DE LUZ- dependência de absoluto índice de refração substâncias da frequência da luz. Há uma distinção entre radiação normal, em que a velocidade da onda de luz diminui com o aumento da frequência, e radiação anômala, em que a velocidade da onda aumenta. Devido a D.s. Um estreito feixe de luz branca, passando por um prisma de vidro ou outra substância transparente, é decomposto em um espectro dispersivo, formando uma faixa de arco-íris na tela.

GRADE DE DIFRAÇÃO- um dispositivo físico que é um conjunto de um grande número de traços paralelos da mesma largura, aplicados a uma superfície transparente ou reflexiva à mesma distância uns dos outros. Como resultado, no Dr. Um espectro de difração é formado - alternando máximos e mínimos de intensidade de luz.

DIFRAÇÃO DE LUZ- um conjunto de fenômenos que são causados ​​​​pela natureza ondulatória da luz e são observados quando ela se propaga em um meio com heterogeneidades pronunciadas (por exemplo, ao passar por buracos, próximo aos limites de corpos opacos, etc.). No sentido estrito, sob D.s. compreender a curvatura da luz em torno de pequenos obstáculos, ou seja, desvio das leis da óptica geométrica. Desempenha um papel importante na operação de instrumentos ópticos, limitando-os resolução.

EFEITO DOPPLER– fenômeno de mudança frequências de vibração ondas sonoras ou eletromagnéticas percebidas por um observador devido ao movimento mútuo do observador e da fonte das ondas. Ao se aproximar, detecta-se um aumento na frequência e, ao se afastar, detecta-se uma diminuição.

LUZ NATURAL- um conjunto de ondas de luz incoerentes com todos os planos de vibração possíveis e com a mesma intensidade de vibração em cada um desses planos. E.s. quase todas as fontes de luz natural emitem, porque eles consistem em um grande número de centros de radiação (átomos, moléculas) orientados de forma diferente, emitindo ondas de luz, cuja fase e plano de vibrações podem assumir todos os valores possíveis. Veja também polarização da luz, coerência.

ESPELHO ÓPTICO– um corpo com uma superfície polida ou revestida com uma camada reflexiva (prata, ouro, alumínio, etc.) na qual ocorre uma reflexão próxima da especular (ver. reflexão).

IMAGEM ÓPTICA– imagem de um objeto obtida pela ação de um sistema óptico (lentes, espelhos) sobre os raios de luz emitidos ou refletidos pelo objeto. Há uma distinção entre informações reais (obtidas na tela ou na retina do olho quando os raios que passam pelo sistema óptico se cruzam) e informações imaginárias. . (obtido na intersecção das continuações dos raios).

INTERFERÊNCIA DE LUZ- o fenômeno da superposição de dois ou mais coerente ondas de luz polarizadas linearmente em um plano, em que a energia da onda de luz resultante é redistribuída no espaço dependendo da relação entre as fases dessas ondas. O resultado do IS, observado em uma tela ou placa fotográfica, é chamado de padrão de interferência. I. a luz branca leva à formação de um padrão de arco-íris (cores de filmes finos, etc.). Encontra aplicação em holografia, para limpeza de óptica, etc.

RADIAÇÃO INFRA-VERMELHA - radiação eletromagnética com comprimentos de onda de 0,74 mícrons a 1-2 mm. Emitido por todos os corpos com temperatura acima do zero absoluto (radiação térmica).

QUÂNTICO DE LUZ- o mesmo que fóton.

COLIMADOR- um sistema óptico concebido para produzir um feixe de raios paralelos.

EFEITO COMPTON– o fenômeno de espalhamento da radiação eletromagnética de comprimentos de onda curtos (raios X e radiação gama) em elétrons livres, acompanhado de um aumento Comprimento de onda.

LASER, gerador quântico óptico - gerador quântico radiação eletromagnética na faixa óptica. Gera radiação eletromagnética coerente monocromática, que possui diretividade estreita e densidade de potência significativa. É utilizado em alcance óptico, para processamento de materiais sólidos e refratários, em cirurgia, espectroscopia e holografia, para aquecimento de plasma. Qua. Maser.

ESPECTRO DE LINHA- espectros que consistem em linhas espectrais estreitas individuais. Emitido por substâncias no estado atômico.

LENTEóptico - um corpo transparente delimitado por duas superfícies curvas (geralmente esféricas) ou curvas e planas. Uma lente é chamada de fina se sua espessura for pequena comparada aos raios de curvatura de suas superfícies. É feita uma distinção entre lentes convergentes (conversão de um feixe de raios paralelo em um convergente) e divergentes (conversão de um feixe de raios paralelo em um divergente). Eles são usados ​​em instrumentos ópticos, óptico-mecânicos e fotográficos.

Lupa- coleta lente ou um sistema de lentes com distância focal curta (10 - 100 mm), oferece ampliação de 2 a 50x.

RAIO– uma linha imaginária ao longo da qual a energia da radiação se propaga na aproximação óptica geométrica, ou seja se nenhum fenômeno de difração for observado.

MASER - gerador quântico radiação eletromagnética na faixa de centímetros. É caracterizado por alta monocromaticidade, coerência e estreita diretividade de radiação. É utilizado em radiocomunicações, radioastronomia, radar e também como gerador de oscilações de frequência estáveis. Qua. .

EXPERIÊNCIA DE MICHAELSON- um experimento projetado para medir a influência do movimento da Terra no valor velocidade da luz. Resultado negativo M.o. tornou-se um dos campos experimentais teoria da relatividade.

MICROSCÓPIO- um dispositivo óptico para observar pequenos objetos invisíveis a olho nu. A ampliação do microscópio é limitada e não excede 1500. Cf. microscópio eletrônico.

IMAGEM VIMÁRIA- cm. .

RADIAÇÃO MONOCROMÁTICA- modelo mental radiação eletromagnética uma frequência específica. Strogogo M.I. não existe, porque qualquer radiação real é limitada no tempo e cobre uma determinada faixa de frequência. Fontes de radiação próximas a m. geradores quânticos.

ÓPTICA- um ramo da física que estuda os padrões dos fenômenos luminosos (ópticos), a natureza da luz e sua interação com a matéria.

EIXO ÓPTICO- 1) PRINCIPAL - linha reta na qual estão localizados os centros das superfícies refrativas ou reflexivas que formam o sistema óptico; 2) LADO - qualquer linha reta que passa pelo centro óptico de uma lente fina.

POTÊNCIA ÓPTICA lentes - uma quantidade usada para descrever o efeito refrativo de uma lente e o inverso comprimento focal. D=1/F. Medido em dioptrias (dopters).

RADIAÇÃO ÓPTICA- radiação eletromagnética, cujos comprimentos de onda variam de 10 nm a 1 mm. Ko.i. relacionar radiação infra-vermelha, , .

REFLEXÃO DA LUZ– o processo de retorno de uma onda de luz quando ela incide na interface entre dois meios com diferentes índices de refração. de volta ao ambiente original. Obrigado o.s. vemos corpos que não emitem luz. É feita uma distinção entre reflexão especular (um feixe de raios paralelo permanece paralelo após a reflexão) e reflexão difusa (um feixe paralelo é convertido em divergente).

– um fenômeno observado durante a transição da luz de um meio opticamente mais denso para um meio opticamente menos denso, se o ângulo de incidência for maior que o ângulo limite de incidência, onde n – índice de refração do segundo meio em relação ao primeiro. Neste caso, a luz é completamente refletida na interface entre os meios.

LEI DE REFLEXÕES DE ONDAS- o raio incidente, o raio refletido e a perpendicular elevada ao ponto de incidência do raio estão no mesmo plano, e o ângulo de incidência é igual ao ângulo de refração. A lei é válida para reflexão no espelho.

ABSORÇÃO DE LUZ- uma diminuição na energia de uma onda de luz durante sua propagação na matéria, ocorrendo como resultado da conversão da energia das ondas em energia interna substâncias ou energia de radiação secundária com uma composição espectral diferente e uma direção de propagação diferente.

1) ABSOLUTO - valor igual à razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade de fase da luz em um determinado meio: . Depende da composição química do meio, do seu estado (temperatura, pressão, etc.) e da frequência da luz (ver. dispersão de luz).2) RELATIVO - (p.p. do segundo meio em relação ao primeiro) valor igual à razão entre a velocidade de fase no primeiro meio e a velocidade de fase no segundo: . Op. igual à razão entre o índice de refração absoluto do segundo meio e o p.p. ambiente de penas.

POLARIZAÇÃO DA LUZ– um fenômeno que leva ao ordenamento dos vetores de intensidade do campo elétrico e à indução magnética de uma onda de luz em um plano perpendicular ao feixe de luz. Na maioria das vezes ocorre durante a reflexão e refração da luz, bem como durante a propagação da luz em um meio anisotrópico.

REFRAÇÃO DE LUZ– fenômeno que consiste em uma mudança na direção de propagação da luz (onda eletromagnética) ao passar de um meio para outro, diferente do primeiro índice de refração. Para a refração, a lei é satisfeita: o raio incidente, o raio refratado e a perpendicular elevada ao ponto de incidência do raio estão no mesmo plano, e para estes dois meios a razão entre o seno do ângulo de incidência e o seno do ângulo de refração é um valor constante chamado índice de refração relativo o segundo ambiente em relação ao primeiro. A razão para a refração é a diferença nas velocidades de fase em diferentes meios.

PRISMA ÓPTICO- um corpo feito de uma substância transparente, delimitado por dois planos não paralelos nos quais a luz é refratada. Usado em instrumentos ópticos e espectrais.

DIFERENÇA DE CURSO– uma quantidade física igual à diferença nos comprimentos do caminho óptico de dois raios de luz.

DISPERSÃO DE LUZ- fenômeno que consiste na deflexão de um feixe de luz que se propaga em um meio em todas as direções possíveis. É causada pela heterogeneidade do meio e pela interação da luz com partículas de matéria, durante as quais mudam a direção de propagação, a frequência e o plano de oscilações da onda de luz.

LUZ, radiação luminosa - que pode causar sensação visual.

ONDA DE LUZ - onda eletromagnética na faixa de comprimento de onda da radiação visível. Frequência (conjunto de frequências) r.v. determina cor, energia r.v. é proporcional ao quadrado de sua amplitude.

LUZ GUIA- um canal de transmissão de luz, com dimensões muitas vezes maiores que o comprimento de onda da luz. Luz na aldeia se propaga devido à reflexão interna total.

VELOCIDADE DA LUZ no vácuo (c) - uma das constantes físicas básicas, igual à velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no vácuo. s = (299.792.458 ± 1,2) m/s. S.s. - a velocidade máxima de propagação de quaisquer interações físicas.

ESPECTRO ÓPTICO- distribuição por frequência (ou comprimento de onda) da intensidade da radiação óptica de um determinado corpo (espectro de emissão) ou da intensidade de absorção da luz ao passar por uma substância (espectro de absorção). Os SOs são diferenciados: alinhados, consistindo em linhas espectrais individuais; listrado, consistindo em grupos (listras) de indivíduos intimamente relacionados linhas espectrais; sólido, correspondendo à radiação (emissão) ou absorção de luz em uma ampla faixa de frequência.

LINHAS ESPECTRAIS- seções estreitas em espectros ópticos correspondentes quase à mesma frequência (comprimento de onda). Cada S. l. atende a um certo transição quântica.

ANÁLISE ESPECTRAL- um método físico de análise qualitativa e quantitativa da composição química das substâncias, baseado no estudo da sua espectros ópticos.É altamente sensível e é utilizado em química, astrofísica, metalurgia, exploração geológica, etc. A base teórica de S. a. é .

ESPECTROGRAFIA- um dispositivo óptico para obtenção e registro simultâneo do espectro de radiação. A parte principal de S. - prisma óptico ou .

ESPECTROSCÓPIO- um dispositivo óptico para observação visual do espectro de radiação. A parte principal da lente é um prisma óptico.

ESPECTROSCOPIA- ramo da física que estuda espectros ópticos com o objetivo de esclarecer a estrutura dos átomos, das moléculas, bem como da matéria em seus diversos estados de agregação.

AUMENTAR sistema óptico - a relação entre o tamanho da imagem produzida pelo sistema óptico e o tamanho real do objeto.

RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA- radiação eletromagnética com comprimento de onda no vácuo de 10 nm a 400 nm. Eles também causam luminescência em muitas substâncias. Biologicamente ativo.

PLANO FOCAL- um plano perpendicular ao eixo óptico do sistema e passando pelo seu foco principal.

FOCO- o ponto onde é coletado um feixe paralelo de raios de luz que passa pelo sistema óptico. Se o feixe for paralelo ao eixo óptico principal do sistema, então o feixe fica neste eixo e é chamado de principal.

COMPRIMENTO FOCAL- a distância entre o centro óptico de uma lente fina e o foco EFEITO FOTOGRÁFICO, efeito fotoelétrico é o fenômeno da emissão de elétrons por uma substância sob a influência da radiação eletromagnética (f. externa). Observado em gases, líquidos e sólidos. Descoberto por G. Hertz e estudado por A.G. Stoletov. Padrões básicos f. explicado com base nos conceitos quânticos de A. Einstein.

COR- sensação visual causada pela luz de acordo com sua composição espectral e a intensidade da radiação refletida ou emitida.

A óptica geométrica é um caso extremamente simples de óptica. Essencialmente, esta é uma versão simplificada da óptica ondulatória que não considera ou simplesmente não assume fenômenos como interferência e difração. Tudo aqui é simplificado ao extremo. E isso é bom.

Conceitos Básicos

Óptica geométrica– um ramo da óptica que examina as leis da propagação da luz em meios transparentes, as leis da reflexão da luz em superfícies espelhadas e os princípios de construção de imagens quando a luz passa através de sistemas ópticos.

Importante! Todos esses processos são considerados sem levar em conta as propriedades ondulatórias da luz!

Na vida, a óptica geométrica, sendo um modelo extremamente simplificado, encontra, no entanto, ampla aplicação. É como a mecânica clássica e a relatividade. Muitas vezes é muito mais fácil fazer os cálculos necessários no âmbito da mecânica clássica.

O conceito básico de óptica geométrica é raio de luz.

Observe que um feixe de luz real não se propaga ao longo de uma linha, mas possui uma distribuição angular finita, que depende do tamanho transversal do feixe. A óptica geométrica negligencia as dimensões transversais do feixe.

Lei da propagação retilínea da luz

Esta lei diz-nos que num meio homogéneo a luz viaja em linha recta. Em outras palavras, do ponto A ao ponto B, a luz se move ao longo de um caminho que requer um tempo mínimo para ser superado.

Lei da independência dos raios de luz

A propagação dos raios de luz ocorre independentemente uns dos outros. O que isso significa? Isto significa que a óptica geométrica assume que os raios não influenciam uns aos outros. E eles se espalharam como se não houvesse outros raios.

Lei da Reflexão da Luz

Quando a luz encontra uma superfície espelhada (reflexiva), ocorre a reflexão, ou seja, uma mudança na direção de propagação do feixe de luz. Assim, a lei da reflexão afirma que o raio incidente e o raio refletido estão no mesmo plano junto com a normal traçada ao ponto de incidência. Além disso, o ângulo de incidência é igual ao ângulo de reflexão, ou seja, a normal divide o ângulo entre os raios em duas partes iguais.

Lei da refração (Snell)

Na interface entre os meios, junto com a reflexão, também ocorre a refração, ou seja, o feixe é dividido em refletido e refratado.

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A razão entre os senos dos ângulos de incidência e refração é um valor constante e é igual à razão dos índices de refração desses meios. Essa quantidade também é chamada de índice de refração do segundo meio em relação ao primeiro.

Aqui vale a pena considerar separadamente o caso da reflexão interna total. Quando a luz se propaga de um meio opticamente mais denso para um menos denso, o ângulo de refração é maior que o ângulo de incidência. Conseqüentemente, à medida que o ângulo de incidência aumenta, o ângulo de refração também aumentará. Em um certo ângulo limite de incidência, o ângulo de refração se tornará igual a 90 graus. Com um aumento adicional no ângulo de incidência, a luz não será refratada para o segundo meio e a intensidade dos raios incidentes e refletidos será igual. Isso é chamado de reflexão interna total.

Lei da reversibilidade dos raios de luz

Vamos imaginar que um feixe, propagando-se em uma determinada direção, sofreu uma série de alterações e refrações. A lei da reversibilidade dos raios de luz afirma que se outro raio for enviado em direção a este raio, ele seguirá o mesmo caminho do primeiro, mas na direção oposta.

Continuaremos a estudar os fundamentos da óptica geométrica e, no futuro, definitivamente veremos exemplos de resolução de problemas usando várias leis. Bem, se você tiver alguma dúvida agora, seja bem-vindo aos especialistas para obter as respostas certas serviço estudantil. Ajudaremos a resolver qualquer problema!