Тема № 1. Вступ до оптики
Оптика (від др.-греч. Ὀπτική, optike – поява або погляд) - розділ фізики, що розглядає явища, пов'язані з поширенням електромагнітних хвиль переважно видимого і близьких до нього діапазонів (інфрачервоне і ультрафіолетове випромінювання). Оптика описує властивості світла і пояснює пов'язані з ним явища.
Розгляд будь яких фізичних явищ полягає в аналізі трьох головних питань:
Яке походження явища (джерело)
Як розповсюджується явище (середовище)
Як взаємодіє явище з іншими явищами (механізм взаємодії)
Оптика - це розділ загальної фізики, що розглядає світлові явища „оптичного” діапазону, найчастіше видимого світла.
Оптика виявилася одним з перших розділів фізики, де виявилася обмеженість класичних уявлень про природу. Була встановлена подвійна природа світла :
Корпускулярна теорія світла ,
що бере початок від Ньютона , розглядає
його як потік частинок - квантів світла
або фотонів. У відповідності з ідеєю
Планка будь-яке випромінювання
відбувається дискретно, причому
мінімальна порція енергії (енергія
фотона) має величину
,
де
частота відповідає частоті
випроміненого світла , а
є постійна Планка.
Хвильова теорія світла , що бере початок від Гюйгенса, розглядає світ як сукупність поперечних монохроматичних електромагнітних хвиль, а спостережувані оптичні ефекти як результат додавання (інтерференції) цих хвиль. При відсутності переходу енергії випромінювання в інші види енергії, хвиля, яка виникла в деякій точці простору, продовжує поширюватися далі без зміни своїх характеристик. Хвильова теорія електромагнітного випромінювання знайшла своє теоретичне опис в роботах Максвелла у формі рівнянь Максвелла .
Електромагнітний спектр прийнято ділити на:
радіохвилі,
інфрачервоне світло,
видиме,
ультрафіолетове,
рентгенівське
гамма - випромінювання.
Ці ділянки спектру розрізняються не за своєю природою, а за способом генерації і прийому випромінювання. Тому між ними немає різких переходів, самі ділянки перекриваються, а межі між ними умовні.
Хвильові та квантові закономірності є загальними для всього спектра електромагнітного випромінювання. Залежно від довжини хвилі , на перший план виступають різні явища, різні методи дослідження та різні практичні застосування. Тому на оптику не можна дивитися як на замкнену дисципліну, що вивчає тільки видиму область спектра. Закономірності і результати,
знайдені у цих інших областях, можуть виявитися застосовними у видимій області спектру і навпаки.
Аналогічні явища зустрічаються у поширенні рентгенівського випромінювання і радіохвиль, в мікрохвильових печах і т. п. Оптика, таким чином, може розглядатися як розділ електромагнетизму. Деякі оптичні явища залежать від квантової природи світла , що пов'язує деякі області оптики з квантовою механікою. Практично , величезна більшість оптичних явищ можуть розглядатися, як електромагнітні коливання , описані Рівняннями Максвелла.
Людське око - пристрій для сприймання світла, який чутливий в досить вузькому діапазоні довжин хвиль:
від λчерв = 760 нм
до λфіол = 400 нм.
В цьому діапазоні знаходяться 7 основних кольорів світла: