1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Фізика
  3. Явища фізичної оптики

Явища фізичної оптики

Перші наукові уявлення про те, що таке насправді світло, вчені відносять до давнини. Переважна більшість древніх мислителів розглядало світлове явище як універсальні промені, що з’єднують в одне ціле людське око і світиться тіло. При цьому одні з них стверджували, що промені виходять безпосередньо з очей людини, вони ніби намагаються намацати даний об’єкт. Однак пізніше, до початку XVII століття, таке вчення про природу світла втратило своє значення.

Фізична оптика – великий і важливий розділ фізики, в якому досліджуються властивості і природа електромагнітного випромінювання, активна взаємодія різних видів випромінювання з навколишнім середовищем, закони перетворення явища, що спостерігається при проходженні його через оптичні пристрої.

Принципи побудови оптико-фізичних концепцій на сьогоднішній день також належать до сфери цієї науки.

Фізична оптика ретельно вивчає природу світла, його основні закони, розглядаючи такі його властивості:

  • дифракцію;
  • інтерференцію;
  • поляризацію світла;
  • фотоелектричний ефект;
  • явища, безпосередньо пов’язані з хвильової природою світла.

Фізична оптика як універсальний відділ електродинаміки
Фізична оптика формує універсальний відділ електродинаміки, який охоплює швидко мінливі електромагнітні поля. Особливе її значення полягає в тому, що вона досліджує ту область фізики, де відбуваються найбільш тонкі вимірювання і в результаті цього можливо найбільш глибоке розуміння всіх подробиць фізичних процесів.

Разом з тим у фізичній оптиці значно ясніше, ніж в інших наукових областях, проявляється досить незвичайна тенденція дослідження – залишити вихідну точку в вигляді чуттєвих відчуттів і вибудувати тим самим правильні поняття на більш об’єктивних підставах. У той час як основні оптичні поняття – поняття кольору і світла – виникали спочатку з вражень людського ока, в сучасній фізиці ці визначення не мають нічого спільного з такими відчуттями, проте відносяться до періодів коливань і електромагнітних полів.

Такий розвиток фізичної оптики як відділу електродинаміки цілком виправдовується принесеними їм багатими і значущими для всієї науки плодами.

Методи зазначеного напряму у фізиці використовуються для вирішення різноманітних практичних завдань. При цьому ключова мета таких завдань часто полягає у вивченні оптичного випромінювання і у визначенні точних параметрів розглянутого предмета за тими відомостями, які містяться в цьому явищі при тісній взаємодії його з іншим речовиною.

Способи фізичної оптики вважаються вельми універсальним; вони застосовуються, як в задачах розсіювання магнітних хвиль на рівних повністю або частково освітлених елементах, так і в просторах, де предметом розсіювання виступають матеріальні тіла з крайками.

Трохи гірше оптика фізичних явищ функціонує в питаннях розподілу хвиль на речовинах з сильними зламами поверхні, в результаті точність її виявляється задовільною тільки в напрямках геометричних відображень. У тих напрямках, де головна роль належить крайовим хвилях, методи досліджуваного розділу дає невірні результати.

Основні закони явищ фізичної оптики

Уже в період проведення перших оптичних досліджень були експериментально встановлені наступні чотири основних закони явищ фізичної оптики:

  • закон самостійності світлових пучків;
  • закон прямолінійного розподілу світла;
  • закон повноцінного відображення від дзеркальної поверхні;
  • закон заломлення світлових променів на кордоні двох прозорих середовищ.

Подальше вивчення та реалізація на практиці цих законів продемонстрували, що вони мають не тільки набагато глибший сенс, ніж може здатися з першого погляду, а й обмеженість їх застосування так як не вважаються лише наближеними до дійсності теоріями. Встановлення меж застосування і умов головних оптичних законів означало величезні прогрес в розгляді властивостей природи світла. Більш ретельне дослідження описуваних процесів показує, що гіпотеза прямолінійного поширення світлових променів втрачає силу, якщо перейти до дуже малим отворів.

Закони заломлення і відбиття світла також справедливі і можливі тільки при дотриманні всіх відомих умов. У тому випадку, коли параметр відображає поверхні, що розділяє дві активні діяльні середовища, малий виникають помітні відступи від зазначених постулатів фізичної оптики. Однак для великої сфери явищ, які спостерігаються в простих оптичних приладах, всі вищевказані закони дотримуються завжди досить строго.

Ідеальні оптичні системи

Вчений Гаусс в 1841 році описав першу загальну теорію оптичних систем, що отримала подальший розвиток в роботах багатьох математиків і фізиків. Теорія Гаусса є гіпотезу ідеальних системи, в яких зберігається енергія пучків і зображення, геометрично подібне об’єкту. Відповідно до цієї ідеї, визначення будь-якої точки простору предметів має відповідати ідеальній системі відліку. Такі елементи звуться зв’язані точки. Таким чином, теорія ідеальної фізичної системи в оптиці є тільки геометричне припущення, що встановлює співвідношення між лініями, точками і площинами.

Ідеальна система в фізична оптиці може бути здійснена з певним наближенням у вигляді центрованої концепції, якщо обмежитися середовищем поблизу центральної осі симетрії, тобто параксіальними пучками. У працях Гаусса вимога «тонкощі» оптичної системи відпадає, але промені залишаються незмінними.

Завданням геометричній оптики є розвідку такої оптичної системи, яка максимально наближалася б до ідеальної.

Лінія, що з’єднує всі центри сферичних поверхонь, називається основною оптичною віссю, що вивчається.

Теорія Гаусса встановлює і описує ряд так званих площин, завдання яких полягає в розшифровці показників концепції і розгляді реального ходу променів. Будь-яка точка лінії завжди пов’язана з іншим елементом, що лежить на аналогічній висоті. Те саме можна сказати і до площин, які проведеним перпендикулярно до центральної осі, так як вся система симетрична щодо даного положення. Такі площині у фізичній оптиці називаються головними площинами.

Таким чином, ідеальна оптична концепція повинна володіти центральними площинами. Точки перетину головних ліній з віссю носять назву ключових точок системи.

Роль фізичної оптики в розвитку сучасної фізики

Роль оптики в розвитку сучасної фізики велика. Виникнення двох найбільш важливих і революційних гіпотез двадцятого століття (теорії відносності і квантової механіки) безпосередньо пов’язане з оптичними дослідженнями.

Оптичні методи аналізу речовини на молекулярному рівні стали причиною виникнення спеціального наукового напряму – молекулярної оптики.

До неї тісно примикає оптична спектроскопія, вживана в сучасному матеріалознавстві, при дослідженнях плазми, в астрофізиці. Існують також нейтронна і електронна оптики; розроблені електронний мікроскоп і нейтронне дзеркало.

Закони загального побудови зображення служать базою для розробки різноманітних оптичних приладів. Основною частиною будь-якого пристрою в області фізичної оптики є деяка оптична концепція. Сфера явищ, досліджувана цим розділом фізики, дуже велика.

Оптичні процеси найтіснішим чином пов’язані з явищами, що розглядаються в інших розділах науки, а методи дослідження у фізичній оптиці відносять до найбільш тонким і точним. Тому не дивно, що протягом тривалого часу саме цього наукового напрямку належала провідна роль у багатьох фундаментальних експериментах і становленні основних фізичних поглядів. Винахід сучасних лазерів відкрило нові найширші можливості не тільки в оптиці, але і в різних галузях техніки.

ПОДІЛИТИСЯ: