Що таке оптика

Оптика є наука про поширення світла. Говорячи про світло, ми завжди маємо на увазі видиме світло. Нагадаємо, що на величезній шкалою електромагнітних хвиль діапазон видимого світла займає вельми вузький проміжок: довжини хвиль видимого діапазону приймають значення приблизно від 380 нм (фіолетовий ділянку спектра) до 780 нм (червона ділянка).

З погляду електродинаміки Максвелла поширення світла нічим не відрізняється від поширення інших електромагнітних випромінювань – радіохвиль, інфрачервоного, ультрафіолетового, рентгенівського і гамма-випромінювання. У цьому сенсі оптика виявляється просто частиною електродинаміки.

Але зважаючи тієї колосальної ролі, яку світло грає в житті людини, оптичні явища почали вивчатися давним-давно. Всі основні закони оптики були встановлені задовго до створення електродинаміки і відкриття електромагнітних хвиль. І тому з тих давніх пір оптика оформилася в самостійний розділ фізики – зі своїми специфічними завданнями, методами, експериментами і приладами.

Хвильова оптика (або, як ще кажуть, фізична оптика) розглядає світ як електромагнітні хвилі. Явища інтерференції і дифракції світла служать досвідченим підтвердженням його хвильової природи.

Геометрична оптика встановлює закономірності поширення світлових променів. Геометрична оптика є граничним випадком хвильової оптики при Л ^ 0; іншими словами, геометрична оптика працює тим краще, чим менше довжина світлової хвилі в порівнянні з характерними розмірами перешкод.

З геометричної оптики ми і починаємо виклад. Їй присвячені наступні розділи:

^ Світлові промені ^ Віддзеркалення світла ^ Заломлення світла ^ Лінзи. Хід променів ^ Тонкі лінзи. Хід променів ^ Тонкі лінзи. Побудова зображень ^ Око людини ^ Оптичні прилади

Хвильова оптика пояснює закони геометричної оптики і встановлює межі їх застосовності.

Так, в наближенні геометричної оптики справедливий закон прямолінійного поширення світла, але задовільно працює він лише далеко від країв перешкод. Поблизу краю спостерігається дифракція світла – зміна напрямку світлових променів і їх проникнення в область геометричної тіні. Пояснення закону прямолінійного поширення світла дається в рамках теорії дифракції і виходить за рамки шкільної програми.

Є відступи і від закону незалежності світлових променів. А саме, за деяких умов освітленість, створювана декількома світловими пучками, не дорівнює сумі осве-щённостей, внесених кожним пучком окремо, і може приймати як більшу, так і менше значення. У цьому полягає явище інтерференції світла. При інтерференції замість рівномірної освітленості екрану спостерігається інтерференційна картина – чергування світлих і темних ділянок простору.

Дисперсія світла, тобто різна преломляемость променів різного кольору на одній і тій же кордоні, була досліджена ще Ньютоном. Але поява теорії дисперсії, що з’ясовує характер залежності показника заломлення середовища від частоти електромагнітних хвиль, виявилося можливим лише після створення електродинаміки Максвелла.

Хвильова оптика розглядається в наступних розділах:

^ Принцип Гюйгенса ^ Інтерференція хвиль ^ Інтерференція світла ^ Дифракція світла ^ Дисперсія світла

Хвильова оптика – обширна і непроста наука; скільки-небудь повний виклад хвильової оптики можливо лише в рамках вузівського курсу фізікі1. У даному посібнику зачіпаються лише ті питання, які необхідні для адекватного сприйняття шкільної програми і успішного вирішення завдань ЄДІ з фізики і різних олімпіад.

Посилання на основну публікацію