43. Природа света. Элементы фотометрии: энергетические и фотометрические величины. Законы освещённости

Первые теории о природе света - корпускулярная и волновая - появились в середине 17 века. Согласно корпускулярной теории (или теории истечения) свет представляет собой поток частиц (корпускул), которые испускаются источником света. Эти частицы движутся в пространстве и взаимодействуют с веществом по законам механики. Эта теория хорошо объясняла законы прямолинейного распространения света, его отражения и преломления. Основоположником данной теории является Ньютон.

Фотометрия — раздел оптики, в котором изучаются методы и приемы измерения световой энергии.

Энергетические величины:

а) Поток излучения. Выделим мысленно на пути света, распространяющегося от какого-либо источника, небольшую площадку S . Через эту площадку за время t пройдет некоторое количество световой энергии W.

б) Излучателъностъ R_e — величина, равная отношению потока излучения, испускаемого поверхностью, к площади S сечения, через которое этот поток проходит:

в) Сила излучения. Рассмотрим точечный изотропный источник света — т.е. источник света, размерами которого по сравнению с расстояниями до места наблюдения можно пренебречь и который равномерно излучает свет по всем направлениям.

Освещенность Ф₀ — полный световой поток, S — площадь поверхности сферы, Поэтому — первый закон освещенности:

44. Принцип Гюйгенса. Законы отражения и преломления света. Физический смысл показателя преломления света.

Принцип Гюйгенса

Каждый элемент волнового фронта можно рассматривать, как центр вторичного возмущения, порождающего вторичные сферические волны, а результирующее световое поле в каждой точке пространства будет определяться интерференцией этих волн.

Закон отражения:

1. Отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред, восставленным в точке падения луча.

2. Угол отражения равен углу падения.

Закон преломления:

1. преломлённый луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред, восставленным в точке падения луча.

2. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для двух данных сред постоянно.

Величину н называют относительным показателем преломления двух данных сред. Если луч падает в данную среду из вакуума, величину н называют абсолютным показателем приломления.

45. Линзы. Формула тонкой линзы. Построение изображений в линзах.

Линза (нем. Linse, от лат. lens — чечевица) — деталь из оптически  прозрачного однородного материала, ограниченная двумя полированными преломляющими поверхностями вращения, например, сферическими или плоской и сферической.

Формула тонкой линзы связывает d (расстояние от предмета до оптического центра линзы), f (расстояние от оптического центра до изображения) с фокусным расстоянием F

46. Интерференция света. Опыт Юнга. Когерентные волны. Цвета тонких пленок и применение интерференции.

Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения(суперпозиции) нескольких световых волн. Это явление сопровождается чередующимися в пространстве максимумами и минимумами интенсивности.

Опыт Юнга — эксперимент, проведённый Томасом Юнгом и ставший экспериментальным доказательством волновой теории света. Результаты эксперимента были опубликованы в 1803 году.

В опыте пучок света направляется на непрозрачный экран-ширму с двумя параллельными прорезями, позади которого устанавливается проекционный экран. Этот опыт демонстрирует интерференцию света, что является доказательством волновой теории. Особенность прорезей в том, что их ширина приблизительно равна длине волны излучаемого света. Ниже рассматривается влияние ширины прорезей на интерференцию.

Если исходить из того, что свет состоит из частиц (корпускулярная теория света), то на проекционном экране можно было бы увидеть только две параллельных полосы света, прошедших через прорези ширмы. Между ними проекционный экран оставался бы практически неосвещенным.

С другой стороны, если предположить, что свет представляет собой распространяющиеся волны (волновая теория света), то, согласно принципу Гюйгенса, каждая прорезь является источником вторичных волн.

Если вторичные волны достигнут линии в середине проекционного экрана, находящейся на равном удалении от прорезей, синхронно и в одной фазе, то на серединной линии экрана их амплитуды прибавятся, что создаст максимум яркости. То есть, максимум яркости окажется там, где согласно корпускулярной теории, яркость должна быть практически нулевой. Корпускулярная теория света является неверной, когда прорези достаточно тонкие, создавая тем самым интерференцию.

Когерентные волны - волны, характеризующиеся одинаковой частотой и постоянством разности фаз в заданной точке пространства.

При освещении тонкой плёнки можно наблюдать интерференцию световых волн, отражённых от верхней и нижней поверхности плёнок (рис. 4.16). Для белого света, представляющего собой смешение электромагнитных волн из всего оптического спектра интерференционные полосы приобретают окраску. Это явление получило название цветов тонких плёнок. Цвета тонких плёнок наблюдаются на стенках мыльных пузырьков, на плёнках масла, нефти, на поверхности металлов при их закалке (цвета побежалости).