Предмет і завдання оптики
предмет оптики
Оптика як розділ фізики присвячена вивченню законів, властивостей, і принципів взаємодії з речовиною електромагнітного поля в оптичному діапазоні довжин хвиль (світла). Оптику як дисципліну іноді умовно ділять на геометричну. фізичну і фізіологічну оптику.
Геометрична оптика - наука про закони, за якими світло поширюється в оптичних системах, відбувається формування зображення. Даний розділ оптики не цікавиться природою світла, робить висновки з емпіричних законів, користується поданням про промені світла (прямолінійній в однорідному середовищі), який може відображатися і переломлюватися на кордонах розділах речовин, що володіють різними оптичними властивостями.
Ще до встановлення природи світла були відомі оптичні закони:
- закон прямолінійного поширення світла в оптично однорідному середовищі,
- закон незалежності світлових пучків (для лінійної оптики);
- закон відображення і заломлення світла.
Фізична оптика - наука, яка досліджує проблеми випускання світла, природу світла і світлових явищ.
Під світлом розуміють не тільки видиме світло, але і досить широкі області електромагнітного випромінювання, такі як інфрачервона та ультрафіолетова області спектра. Різні ділянки спектра випромінювання відмінні один від одного довжиною хвилі ($ \ lambda $) і, відповідно, частотою ($ \ nu $). Дані величини характеризують не тільки хвильові, а також квантові властивості світла. Електромагнітний спектр ділять на радіохвилі, інфрачервоне, видиме, ультрафіолетове, рентгенівське і гамма-випромінювання. Дані ділянки спектра відрізняються не фізичною природою, а способом їх отримання і прийому. Між цими видами хвиль не існує різких переходів, ділянки можуть перекриватися, межі є умовними.
Вирішуємо контрольні з усіх предметів. 10 років досвід! Ціна від 100 руб. термін від 1 дня!
Фізіологічна оптика - наука вивчає будову і функціонування апарату зору (від ока до кори головного мозку), що розробляє теорію зору, сприйняття світла і кольору.
Видиме і інфрачервоне і ультрафіолетове випромінювання становлять оптичну область спектра. Виділення даної області визначено близьким розташуванням їх ділянок спектрів, а також однотипністю методів, прийомів і засобів їх дослідження. Оптичний спектр лежить в діапазоні від кордону (умовної) інфрачервоного випромінювання ($ \ lambda = 2 мм, \ \ nu = 1,5 \ cdot ^ Гц $) до умовної межі ультрафіолетового випромінювання ($ \ lambda = 10Нм, \ \ nu = 3 \ cdot ^ Гц $). Видиме випромінювання знаходиться в діапазоні $ \ lambda = 400-760нм $. У оптичної області спектра частоти вже не можна вважати малими в порівнянні з власними частотами атомів і молекул. Через що в області видимого спектру проявляються властивості пов'язані з будовою речовини. У сукупності з хвильовими властивостями, виявляються квантові. Енергія світлового кванта при цьому дорівнює:
де $ h $ = $ 6,63 \ cdot ^ Дж \ cdot з $ - постійна Планка.
Для рентгенівського і гама - випромінювання квантові властивості випромінювання стають більш значимими, ніж хвильові.
Вирішуємо контрольні з усіх предметів. 10 років досвід! Ціна від 100 руб. термін від 1 дня!
Напишемо недорого і точно в строк! Більш 50 000 перевірених фахівців
Необхідно відзначити, що хвильові та квантові властивості є у всього спектра електромагнітного випромінювання. але в залежності від довжини хвилі один вид властивостей превалює за значимістю над іншим, відповідно, застосовуються різні в методи їх дослідження. Залежно від довжини хвилі різні групи хвиль мають різні види практичного застосування. Отже, оптику не слід розглядати як замкнуту дисципліну. яка вивчає тільки оптичну частину спектру, відокремлюючи інші області чіткими кордонами. Результати і закони, отримані в інших областях, іноді виявляються застосовні в оптичній області спектра і навпаки.
Отже, предмет вивчення оптики. властивості оптичного випромінювання, які проявляються в процесах його генерації, поширення і взаємодії з речовиною.
Практичне значення оптики, її вплив
Значення оптики для практики і її вплив на інші галузі знання вельми істотні. Так, створення телескопа і спектроскопа значно розширила можливості людини в пізнанні навколишнього світу. Винахід мікроскопа принципово змінило біологію. Фотографія допомагає майже усіх галузей науки. Відсутність очок погіршило б якість життя багатьох людей.
Вирішуємо контрольні з усіх предметів. 10 років досвід! Ціна від 100 руб. термін від 1 дня!
Явища, які вивчаються фізичною оптикою, складають великий перелік. Оптичні явища пов'язані з багатьма ефектами, досліджуваними в інших розділах фізики, при цьому оптичні методи їх дослідження відносять до найбільш тонким і точним. Через це оптика дуже довгий час відігравала провідну роль у багатьох фундаментальних фізичних розробках, була основою для основних фізичних поглядів. Так, наприклад, теорія відносності і квантова теорія зародилися і почали свій розвиток на грунті оптичних досліджень. Створення лазерів відкрило нові можливості не тільки в оптиці, але і багатьох галузях науки і техніки.
Оптика - одна з найдавніших наук, по теперішній час вона продовжує інтенсивно розвиватися.
завдання оптики
Найбільш важливими завданнями оптики є:
- відкриття законів, які визначають взаємовплив оптичного випромінювання і речовини, в якому відбувається цей процес;
- створення методів і методик управління параметрами випромінювання;
- пошук нових способів запису і передачі інформації з використанням світла.
Перспективними завданням оптики на сьогоднішній день є:
- створення високоенергетичних областей і плазмових каналів в потужних лазерах;
- дослідження нелінійної оптики фотонних кристалів;
- вивчення лазерного збудження внутрішньоядерних переходів;
- дослідження в області нелінійної поляризационной оптики;
- розробки в галузі квантової теорії інформації;
- Дослідження ефектів нелінійної поляризационной оптики і т.д.
Вирішуємо контрольні з усіх предметів. 10 років досвід! Ціна від 100 руб. термін від 1 дня!
Завдання: Довжини хвиль видимого діапазону укладений в межах $ 0,38 - 0,76 мкм $, чому ми бачимо саме в цьому діапазоні?
Інтенсивність випромінювання, відображення і поглинання залежить від частоти випромінювання, температури, властивостей речовин. Температура поверхні Сонця дорівнює приблизно $ 6000К $. Спектр його випромінювання подібний спектру випромінювання абсолютно чорного тіла. Максимум інтенсивності випромінювання по довжинах хвиль припадає на $ \ lambda \ approx 0,5 \ мк \ м. $
Вирішальне значення для хорошого бачення має співвідношення між потоком фотонів, які несуть інформацію про предмет, і потоком теплових фотонів, які інформації не несуть, але створюють фоновий шум. Чим більше перевищення потоку інформаційних фотонів, тим краще зір.
Бачення предметів відбувається за допомогою відбитого світла. Так, для зору найбільше підходить інтервал близько довжини хвилі, на яку приходить максимальна інтенсивність випромінювання, тобто $ \ lambda \ approx 0,5 \ мк \ м $, при цьому необхідно, щоб інтервал був таким, що на нього припадає істотна частка повної енергії випромінювання. Саме таким умовам задовольняє видимий діапазон електромагнітних хвиль. Тому в результаті еволюції саме в такому діапазоні розвивалася можливість людини бачити. На коротші хвилі доводиться занадто мала частка енергії, а на більш довгих хвилях великий обсяг теплових шумів.
Відповідь: Отже, видимий діапазон є найбільш підходящим для зору, так як на менші довжини хвиль вдень близько поверхні Землі припадає занадто мала частка енергії, тоді як на великих довжинах хвиль виникають шуми, які заважають зору.