Kata “optik” kita jumpai misalnya saat kita melewati sebuah gerai yang menjual kacamata. Juga, banyak yang ingat bahwa mereka belajar optik di sekolah. Apa itu optik?

Optik adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari sifat cahaya, sifat-sifatnya, pola rambatnya pada berbagai media, serta interaksi cahaya dengan zat. Untuk lebih memahami apa itu optik, Anda harus memahami apa itu cahaya.

Konsep cahaya dalam fisika modern

Fisika menganggap cahaya yang akrab bagi kita sebagai fenomena kompleks yang memiliki sifat ganda. Di satu sisi, cahaya dianggap sebagai aliran partikel kecil - kuanta cahaya (foton). Di sisi lain, cahaya dapat digambarkan sebagai sejenis gelombang elektromagnetik yang memiliki panjang tertentu.

Cabang-cabang optik yang terpisah mempelajari cahaya sebagai fenomena fisik dari sudut yang berbeda.

Bagian optik

• Optik geometris. Mempertimbangkan hukum perambatan cahaya, serta pemantulan dan pembiasan sinar cahaya. Merupakan cahaya sebagai sinar yang merambat dalam media homogen dalam garis lurus (ini adalah kesamaannya dengan sinar geometris). Tidak memperhitungkan sifat gelombang cahaya.
• Optik gelombang. Dia mempelajari sifat-sifat cahaya sebagai berbagai gelombang elektromagnetik.
• optik kuantum. Mempelajari sifat kuantum cahaya (mengeksplorasi efek fotolistrik, proses fotokimia, radiasi laser, dll.)

Optik dalam kehidupan manusia

Dengan mempelajari sifat cahaya dan pola perambatannya, seseorang menggunakan pengetahuan yang diperoleh untuk keuntungannya. Perangkat optik yang paling umum di kehidupan sekitar adalah kacamata, mikroskop, teleskop, lensa fotografi, serta kabel serat optik yang digunakan untuk meletakkan LAN (Anda dapat mempelajarinya di artikel

Optik- Ini adalah cabang fisika yang mempelajari sifat radiasi cahaya, distribusi dan interaksinya dengan materi. Gelombang cahaya adalah gelombang elektromagnetik. Panjang gelombang gelombang cahaya terletak pada interval. Gelombang kisaran ini dirasakan oleh mata manusia.

Cahaya merambat sepanjang garis yang disebut sinar. Dalam pendekatan optik sinar (atau geometri), keterbatasan panjang gelombang cahaya diabaikan, dengan asumsi bahwa →0. Optik geometris dalam banyak kasus memungkinkan untuk menghitung sistem optik dengan cukup baik. Sistem optik yang paling sederhana adalah lensa.

Ketika mempelajari interferensi cahaya, harus diingat bahwa interferensi hanya diamati dari sumber yang koheren dan interferensi itu terkait dengan redistribusi energi di ruang angkasa. Di sini penting untuk dapat menuliskan dengan benar kondisi intensitas cahaya maksimum dan minimum dan memperhatikan masalah-masalah seperti warna film tipis, garis-garis dengan ketebalan yang sama dan kemiringan yang sama.

Dalam mempelajari fenomena difraksi cahaya, perlu dipahami prinsip Huygens-Fresnel, metode zona Fresnel, untuk memahami bagaimana menggambarkan pola difraksi pada satu celah dan pada kisi difraksi.

Ketika mempelajari fenomena polarisasi cahaya, kita harus memahami bahwa fenomena ini didasarkan pada sifat transversal gelombang cahaya. Perhatian harus diberikan pada metode memperoleh cahaya terpolarisasi dan hukum Brewster dan Malus.

Tabel rumus dasar dalam optik

Hukum fisika, rumus, variabel	Rumus optik
Indeks bias mutlak di mana c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, c = 3 108 m/s, v adalah kecepatan rambat cahaya dalam medium.
Indeks bias relatif di mana n 2 dan n 1 adalah indeks bias mutlak media kedua dan pertama.
Hukum pembiasan dimana i adalah sudut datang, r adalah sudut bias.
Formula Lensa Tipis dimana F adalah jarak fokus lensa, d adalah jarak benda ke lensa, f adalah jarak dari lensa ke bayangan.
Kekuatan optik lensa di mana R 1 dan R 2 adalah jari-jari kelengkungan permukaan bola lensa. Untuk permukaan cembung R>0. Untuk permukaan cekung R<0.
Panjang jalur optik: di mana n adalah indeks bias medium; r adalah panjang lintasan geometrik gelombang cahaya.
Perbedaan perjalanan optik: L 1 dan L 2 - jalur optik dua gelombang cahaya.
Kondisi gangguan maksimum: minimum: di mana 0 adalah panjang gelombang cahaya dalam ruang hampa; m adalah urutan interferensi maksimum atau minimum.
Perbedaan jalur optik dalam film tipis dalam cahaya yang dipantulkan: dalam cahaya yang ditransmisikan: di mana d adalah ketebalan film; i - sudut datangnya cahaya; n adalah indeks bias.
Lebar pita interferensi dalam percobaan Young: di mana d adalah jarak antara sumber cahaya koheren; L adalah jarak dari sumber ke layar.
Kondisi maxima utama kisi difraksi: di mana d adalah konstanta kisi difraksi; - sudut difraksi.
Resolusi kisi difraksi: di mana adalah perbedaan panjang gelombang minimum dari dua garis spektral yang diselesaikan oleh kisi;

Salah satu cabang fisika kuno dan banyak jumlahnya adalah optik. Prestasinya banyak diterapkan dalam ilmu dan bidang kegiatan: teknik elektro, industri, kedokteran dan lain-lain. Dari artikel tersebut Anda dapat mengetahui apa yang dipelajari sains ini, sejarah perkembangan ide-ide tentangnya, pencapaian terpenting, dan sistem dan perangkat optik apa yang ada.

Apa yang dipelajari optik?

Nama disiplin ini berasal dari bahasa Yunani dan diterjemahkan sebagai "ilmu persepsi visual." Optik adalah cabang fisika yang mempelajari sifat cahaya, sifat-sifatnya, dan hukum-hukum yang terkait dengan perambatannya. Ilmu ini mengeksplorasi sifat cahaya tampak, radiasi infra merah dan ultraviolet. Karena berkat cahaya orang dapat melihat dunia di sekitar mereka, cabang fisika ini juga merupakan disiplin yang berkaitan dengan persepsi visual radiasi. Dan tidak heran: mata adalah sistem optik yang kompleks.

Sejarah terbentuknya ilmu pengetahuan

Optik berasal dari zaman kuno, ketika orang mencoba memahami sifat cahaya dan mencari tahu bagaimana mungkin untuk melihat benda-benda di dunia sekitarnya.

Para filsuf kuno menganggap cahaya tampak sebagai sinar yang keluar dari mata seseorang, atau aliran partikel kecil yang terbang dari objek dan memasuki mata.

Di masa depan, sifat cahaya dipelajari oleh banyak ilmuwan terkemuka. Isaac Newton merumuskan teori sel-sel - partikel kecil cahaya. Ilmuwan lain, Huygens, mengajukan teori gelombang.

Sifat cahaya terus dieksplorasi oleh fisikawan abad ke-20: Maxwell, Planck, Einstein.

Saat ini, hipotesis Newton dan Huygens disatukan dalam konsep dualitas gelombang-partikel, yang menurutnya cahaya memiliki sifat partikel dan gelombang.

Bagian

Subyek penelitian dalam optik tidak hanya cahaya dan sifatnya, tetapi juga instrumen untuk studi ini, hukum dan sifat fenomena ini, dan banyak lagi. Oleh karena itu, dalam sains ada beberapa bagian yang dikhususkan untuk aspek-aspek tertentu dari penelitian.

• optik geometris;
• melambai;
• kuantum.

Setiap bagian akan dibahas secara rinci di bawah ini.

optik geometris

Pada bagian ini, terdapat hukum-hukum optik sebagai berikut:

Hukum kelurusan perambatan cahaya yang melewati medium homogen. Berkas cahaya dianggap sebagai garis lurus yang dilalui partikel cahaya.

Hukum refleksi:

Sinar datang dan sinar pantul, serta tegak lurus terhadap antarmuka antara dua media, dipulihkan pada titik datang sinar, terletak pada bidang yang sama ( bidang kejadian). Sudut pantul sama dengan sudut datang .

Hukum pembiasan:

Sinar datang dan sinar bias, serta tegak lurus terhadap antarmuka antara dua media, dipulihkan pada titik datang sinar, terletak pada bidang yang sama. Rasio sinus sudut datang dengan sinus sudut bias adalah konstan untuk dua media yang diberikan.

Alat untuk mempelajari sifat-sifat cahaya dalam optika geometri adalah lensa.

Lensa adalah benda transparan yang mampu mentransmisikan dan memodifikasi, dibagi menjadi cembung dan cekung, serta mengumpulkan dan menyebarkan. Lensa adalah komponen utama dari semua perangkat optik. Ketika ketebalannya kecil dibandingkan dengan jari-jari permukaan, itu disebut tipis. Dalam optik, rumus lensa tipis terlihat seperti ini:

1/d + 1/f = D, di mana

d adalah jarak dari objek ke lensa; f adalah jarak bayangan dari lensa; D adalah kekuatan optik lensa (diukur dalam dioptri).

Optik gelombang dan konsepnya

Karena diketahui bahwa cahaya memiliki semua sifat gelombang elektromagnetik, cabang fisika yang terpisah mempelajari manifestasi sifat-sifat ini. Ini disebut optik gelombang.

Konsep dasar dari bagian optik ini adalah dispersi, interferensi, difraksi dan polarisasi.

Fenomena dispersi ditemukan oleh Newton, berkat eksperimennya dengan prisma. Penemuan ini merupakan langkah penting menuju pemahaman sifat cahaya. Dia menemukan bahwa pembiasan sinar cahaya tergantung pada warnanya. Fenomena ini disebut dispersi atau hamburan cahaya. Sekarang diketahui bahwa warna tergantung pada panjang gelombang. Selain itu, Newton yang mengusulkan konsep spektrum untuk menunjukkan strip warna-warni yang diperoleh dengan dispersi melalui prisma.

Konfirmasi sifat gelombang cahaya adalah interferensi gelombangnya, ditemukan oleh Jung. Ini adalah superimposisi dari dua atau lebih gelombang di atas satu sama lain. Akibatnya, orang dapat melihat fenomena penguatan dan pelemahan osilasi cahaya di berbagai titik di ruang angkasa. Gelembung sabun dan lapisan warna-warni dari bensin yang tumpah adalah manifestasi interferensi yang indah dan familiar.

Setiap orang dicirikan oleh fenomena difraksi. Istilah ini diterjemahkan dari bahasa Latin sebagai "rusak". Difraksi dalam optik adalah pembelokan gelombang cahaya di sekitar tepi rintangan. Misalnya, jika sebuah bola ditempatkan di jalur berkas cahaya, maka cincin bergantian akan muncul di layar di belakangnya - terang dan gelap. Ini disebut pola difraksi. Fenomena tersebut dipelajari oleh Jung dan Fresnel.

Konsep kunci terakhir dalam optik gelombang adalah polarisasi. Cahaya disebut terpolarisasi jika arah osilasi gelombangnya teratur. Karena cahaya adalah gelombang longitudinal dan bukan gelombang transversal, getaran juga terjadi secara eksklusif dalam arah transversal.

optik kuantum

Cahaya bukan hanya gelombang, tetapi juga aliran partikel. Atas dasar komponen ini, cabang ilmu seperti optik kuantum muncul. Penampilannya dikaitkan dengan nama Max Planck.

Kuantum adalah bagian dari sesuatu. Dan dalam hal ini, mereka berbicara tentang kuanta radiasi, yaitu bagian dari cahaya yang dipancarkan selama itu. Untuk menunjuk partikel, kata foton digunakan (dari bahasa Yunani - "cahaya"). Konsep ini dikemukakan oleh Albert Einstein. Di bagian optik ini, rumus Einstein E=mc 2 juga digunakan untuk mempelajari sifat-sifat cahaya.

Tugas utama bagian ini adalah mempelajari dan mengkarakterisasi interaksi cahaya dengan materi dan mempelajari perambatannya dalam kondisi atipikal.

Sifat-sifat cahaya sebagai aliran partikel muncul dalam kondisi berikut:

• radiasi termal;
• efek fotoelektrik;
• proses fotokimia;
• emisi terstimulasi, dll.

Dalam optik kuantum, ada konsep cahaya non-klasik. Faktanya adalah bahwa karakteristik kuantum radiasi cahaya tidak dapat dijelaskan dalam kerangka optik klasik. Cahaya non-klasik, misalnya, dua-foton, dikompresi, digunakan di berbagai bidang: untuk mengkalibrasi fotodetektor, untuk pengukuran yang tepat, dll. Aplikasi lain adalah kriptografi kuantum - metode rahasia untuk mentransmisikan informasi menggunakan kode biner, di mana arah vertikal foton ditugaskan 0, dan diarahkan secara horizontal - satu.

Nilai optik dan instrumen optik

Di bidang teknologi optik apa mereka menemukan aplikasi utamanya?

Pertama, tanpa ilmu ini, tidak akan ada alat optik yang diketahui setiap orang: teleskop, mikroskop, kamera, proyektor, dan lain-lain. Dengan bantuan lensa yang dipilih secara khusus, orang dapat menjelajahi mikrokosmos, alam semesta, benda langit, serta menangkap dan mengirimkan informasi dalam bentuk gambar.

Selain itu, berkat optik, sejumlah penemuan penting dibuat di bidang sifat cahaya, sifat-sifatnya, fenomena interferensi, polarisasi, dan lain-lain.

Akhirnya, optik banyak digunakan dalam pengobatan, misalnya, dalam studi sinar-x, yang menjadi dasar pembuatan alat yang menyelamatkan banyak nyawa. Berkat ilmu ini, laser juga ditemukan, yang banyak digunakan dalam intervensi bedah.

Optik dan visi

Mata adalah sistem optik. Berkat sifat cahaya dan kemampuan organ penglihatan, Anda dapat melihat dunia di sekitar Anda. Sayangnya, hanya sedikit orang yang bisa membanggakan penglihatan yang sempurna. Dengan bantuan disiplin ini, menjadi mungkin untuk mengembalikan kemampuan orang untuk melihat lebih baik dengan bantuan kacamata dan lensa kontak. Oleh karena itu, lembaga medis yang terlibat dalam pemilihan alat koreksi penglihatan juga telah menerima nama yang sesuai - optik.

Anda dapat menyimpulkannya. Jadi, optik adalah ilmu tentang sifat-sifat cahaya, yang mempengaruhi banyak bidang kehidupan dan memiliki aplikasi yang luas dalam sains dan dalam kehidupan sehari-hari.

TUBUH BENAR-BENAR HITAM- model mental dari suatu benda yang pada suhu berapa pun sepenuhnya menyerap semua radiasi elektromagnetik yang terjadi padanya, terlepas dari komposisi spektralnya. Radiasi A.Ch.T. ditentukan hanya oleh suhu mutlaknya dan tidak bergantung pada sifat zat.

CAHAYA PUTIH- kompleks elektromagnetik radiasi , menyebabkan sensasi di mata seseorang, berwarna netral.

RADIASI TERLIHAT- radiasi optik dengan panjang gelombang 380 - 770 nm, mampu menimbulkan sensasi visual pada mata manusia.

EMISI PAKSA, radiasi induksi - emisi gelombang elektromagnetik oleh partikel materi (atom, molekul, dll.) yang tereksitasi, mis. keadaan non-ekuilibrium di bawah aksi radiasi pemaksaan eksternal. Di dan. secara koheren (lih. koherensi) dengan radiasi yang merangsang dan dalam kondisi tertentu dapat menyebabkan amplifikasi dan pembangkitan gelombang elektromagnetik. Lihat juga pembangkit kuantum.

HOLOGRAM- pola interferensi yang direkam pada pelat fotografi, dibentuk oleh dua gelombang koheren (lihat Gambar. koherensi): gelombang referensi dan gelombang yang dipantulkan dari objek yang disinari oleh sumber cahaya yang sama. Ketika G. dipulihkan, kami melihat gambar tiga dimensi dari suatu objek.

HOLOGRAFI- metode untuk mendapatkan gambar volumetrik objek, berdasarkan pendaftaran dan pemulihan selanjutnya dari muka gelombang yang dipantulkan oleh objek-objek ini. Mendapatkan hologram didasarkan pada .

PRINSIP HUYGENS- metode yang memungkinkan Anda untuk menentukan posisi muka gelombang setiap saat. Menurut g.p. semua titik yang dilalui muka gelombang pada waktu t merupakan sumber gelombang sferis sekunder, dan posisi muka gelombang yang diinginkan pada waktu t+Dt bertepatan dengan permukaan yang menyelimuti semua gelombang sekunder. Memungkinkan Anda untuk menjelaskan hukum pemantulan dan pembiasan cahaya.

HUYGENS - FRESNEL - PRINSIP- metode perkiraan untuk memecahkan masalah perambatan gelombang. G.-F. Item tersebut mengatakan: pada setiap titik di luar permukaan tertutup yang sewenang-wenang, yang menutupi sumber titik cahaya, gelombang cahaya yang dieksitasi oleh sumber ini dapat direpresentasikan sebagai hasil interferensi gelombang sekunder yang dipancarkan oleh semua titik dari permukaan tertutup yang ditentukan. Memungkinkan Anda untuk menyelesaikan tugas-tugas sederhana.

RINGAN TEKANAN - tekanan, dihasilkan oleh cahaya pada permukaan yang diterangi. Ini memainkan peran penting dalam proses kosmik (pembentukan ekor komet, keseimbangan bintang besar, dll.).

GAMBAR ASLI- cm. .

DIAFRAGMA- perangkat untuk membatasi atau mengubah berkas cahaya dalam sistem optik (misalnya, pupil mata, bingkai lensa, D. lensa kamera).

DISPERSI CAHAYA- ketergantungan mutlak Indeks bias zat dari frekuensi cahaya. Perbedaan dibuat antara D normal, di mana kecepatan gelombang cahaya berkurang dengan meningkatnya frekuensi, dan anomali D., di mana kecepatan gelombang meningkat. Karena D.s. seberkas cahaya putih sempit, melewati prisma kaca atau zat transparan lainnya, terurai menjadi spektrum dispersi, membentuk strip warna-warni di layar.

Kisi difraksi- perangkat fisik, yang merupakan kumpulan sejumlah besar goresan paralel dengan lebar yang sama, diterapkan pada permukaan transparan atau reflektif pada jarak yang sama satu sama lain. Akibatnya, D.R. spektrum difraksi terbentuk - pergantian intensitas cahaya maksimum dan minimum.

DIfraksi CAHAYA- seperangkat fenomena yang disebabkan oleh sifat gelombang cahaya dan diamati ketika merambat dalam media dengan ketidakhomogenan yang jelas (misalnya, ketika melewati lubang, di dekat batas benda buram, dll.). Dalam arti sempit, di bawah D.s. memahami pembengkokan cahaya di sekitar rintangan kecil, mis. penyimpangan dari hukum optik geometris. Memainkan peran penting dalam pengoperasian instrumen optik, membatasi mereka resolusi.

EFEK DOPPLER- perubahan fenomena frekuensi osilasi suara atau gelombang elektromagnetik yang dirasakan oleh pengamat, karena adanya gerakan timbal balik antara pengamat dan sumber gelombang. Saat mendekat, peningkatan frekuensi terdeteksi, saat menjauh, penurunan terdeteksi.

CAHAYA ALAMI- satu set gelombang cahaya yang tidak koheren dengan semua kemungkinan bidang osilasi dan dengan intensitas osilasi yang sama di masing-masing bidang ini. E.s. memancarkan hampir semua sumber cahaya alami, karena. mereka terdiri dari sejumlah besar pusat radiasi dengan orientasi berbeda (atom, molekul) yang memancarkan gelombang cahaya, fase dan bidang osilasi yang dapat mengambil semua nilai yang mungkin. Lihat juga polarisasi cahaya, koherensi.

OPTIK CERMIN- tubuh dengan permukaan yang dipoles atau dilapisi dengan lapisan reflektif (perak, emas, aluminium, dll.) di mana refleksi terjadi di dekat cermin (lihat. refleksi).

GAMBAR OPTIK- gambar suatu objek yang diperoleh sebagai hasil dari aksi sistem optik (lensa, cermin) pada sinar cahaya yang dipancarkan atau dipantulkan oleh objek. Bedakan antara nyata (diperoleh pada layar atau retina di perpotongan sinar yang telah melewati sistem optik) dan imajiner. . (diperoleh di persimpangan kelanjutan sinar).

INTERFERENSI CAHAYA- superimposisi dua atau lebih koheren gelombang cahaya terpolarisasi linier dalam satu bidang, di mana energi gelombang cahaya yang dihasilkan didistribusikan kembali di ruang angkasa tergantung pada rasio antara fase gelombang ini. Hasil I.S., diamati pada layar atau pelat fotografi, disebut pola interferensi. I. cahaya putih mengarah pada pembentukan pola pelangi (warna film tipis, dll.). Ia menemukan aplikasi dalam holografi, ketika optik dilapisi, dll.

RADIASI INFRA MERAH - radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang dari 0,74 mikron hingga 1-2 mm. Ini dipancarkan oleh semua benda yang memiliki suhu di atas nol mutlak (radiasi termal).

KUANTUM CAHAYA- sama seperti foton.

KOLIMATOR- sistem optik yang dirancang untuk mendapatkan seberkas sinar paralel.

EFEK COMPTON- fenomena hamburan radiasi elektromagnetik panjang gelombang pendek (sinar-X dan radiasi gamma) pada elektron bebas, disertai dengan peningkatan panjang gelombang.

LASER, generator kuantum optik - pembangkit kuantum radiasi elektromagnetik dalam jangkauan optik. Menghasilkan radiasi elektromagnetik koheren monokromatik, yang memiliki directivity sempit dan kepadatan daya yang signifikan. Ini digunakan di lokasi optik, untuk memproses bahan keras dan tahan api, dalam operasi, spektroskopi dan holografi, untuk pemanasan plasma. Menikahi Maser.

SPEKTRA GARIS- spektrum yang terdiri dari garis spektral sempit individu. Diradiasi oleh zat dalam keadaan atom.

LENSA optik - benda transparan yang dibatasi oleh dua permukaan lengkung (biasanya bulat) atau melengkung dan datar. Sebuah lensa dikatakan tipis jika ketebalannya kecil dibandingkan dengan jari-jari kelengkungan permukaannya. Ada lensa konvergen (mengubah berkas sinar sejajar menjadi sinar konvergen) dan divergen (mengubah berkas sinar sejajar menjadi lensa divergen). Mereka digunakan dalam optik, optik-mekanis, perangkat fotografi.

Kaca pembesar- mengumpulkan lensa atau sistem lensa dengan panjang fokus pendek (10 - 100 mm), memberikan perbesaran 2 - 50x.

SINAR adalah garis imajiner di mana energi radiasi merambat dalam pendekatan optik geometris, yaitu jika fenomena difraksi tidak diamati.

MASER - pembangkit kuantum radiasi elektromagnetik dalam kisaran sentimeter. Hal ini ditandai dengan monokromatisitas tinggi, koherensi dan directivity radiasi sempit. Ini digunakan dalam komunikasi radio, astronomi radio, radar, dan juga sebagai generator osilasi frekuensi yang stabil. Menikahi .

PENGALAMAN MICHELSON- eksperimen yang dirancang untuk mengukur pengaruh pergerakan bumi terhadap nilai kecepatan cahaya. Hasil negatif M.o. menjadi salah satu basis eksperimen teori relativitas.

MIKROSKOP- perangkat optik untuk mengamati benda-benda kecil yang tidak terlihat dengan mata telanjang. Perbesaran mikroskop dibatasi dan tidak melebihi 1500. Bdk. mikroskop elektron.

IMAJINASI- cm. .

RADIASI MONOKROMATIK- model mental radiasi elektromagnetik satu frekuensi tertentu. m.i. yang ketat tidak ada, karena setiap radiasi nyata terbatas dalam waktu dan mencakup rentang frekuensi tertentu. Sumber radiasi dekat dengan m.- generator kuantum.

OPTIK- cabang fisika yang mempelajari pola fenomena cahaya (optik), sifat cahaya dan interaksinya dengan materi.

Sumbu OPTIK- 1) UTAMA - garis lurus di mana pusat-pusat permukaan pembiasan atau pemantulan yang membentuk sistem optik berada; 2) SIDE - setiap garis lurus yang melewati pusat optik lensa tipis.

DAYA OPTIK lensa - kuantitas yang digunakan untuk menggambarkan efek bias lensa dan kebalikannya Focal length. D=1/F. Itu diukur dalam dioptri (dioptri).

RADIASI OPTIK- radiasi elektromagnetik, yang panjang gelombangnya berkisar antara 10 nm hingga 1 mm. ke o.i. mengaitkan radiasi infra merah, , .

REFLEKSI CAHAYA- proses kembalinya gelombang cahaya ketika jatuh pada antarmuka antara dua media yang berbeda indeks bias. kembali ke lingkungan semula. Terima kasih kepada o.s. kita melihat benda-benda yang tidak memancarkan cahaya. Sebuah perbedaan dibuat antara refleksi specular (berkas sinar paralel tetap paralel setelah refleksi) dan refleksi difus (berkas paralel diubah menjadi divergen).

- fenomena yang diamati selama transisi cahaya dari medium yang lebih rapat secara optik ke media yang kurang rapat secara optik, jika sudut datang lebih besar dari sudut datang yang membatasi, di mana n adalah indeks bias medium kedua relatif terhadap medium pertama. Dalam hal ini, cahaya sepenuhnya dipantulkan dari antarmuka antara media.

REFLEKSI HUKUM GELOMBANG- sinar datang, sinar pantul dan tegak lurus yang dinaikkan ke titik datang sinar terletak pada bidang yang sama, dan sudut datang sama dengan sudut bias. Hukum ini berlaku untuk refleksi cermin.

PENYERAPAN CAHAYA- penurunan energi gelombang cahaya selama perambatannya dalam suatu zat, yang terjadi sebagai akibat dari transformasi energi gelombang menjadi energi dalam zat atau energi radiasi sekunder yang memiliki komposisi spektral berbeda dan arah rambat berbeda.

1) MUTLAK - nilai yang sama dengan rasio kecepatan cahaya dalam ruang hampa dengan kecepatan fase cahaya dalam media tertentu: . Tergantung pada komposisi kimia medium, keadaannya (suhu, tekanan, dll.) dan frekuensi cahaya (lihat dispersi cahaya).2) RELATIF - (hal media kedua relatif terhadap yang pertama) nilai yang sama dengan rasio kecepatan fase dalam media pertama dengan kecepatan fase di kedua: . opp sama dengan rasio indeks bias mutlak medium kedua dengan p.p mutlak. lingkungan pena.

POLARISASI CAHAYA- fenomena yang mengarah pada urutan vektor medan listrik dan induksi magnetik gelombang cahaya dalam bidang yang tegak lurus terhadap berkas cahaya. Paling sering terjadi ketika cahaya dipantulkan dan dibiaskan, serta ketika cahaya merambat dalam media anisotropik.

REFRAKSI CAHAYA- fenomena yang terdiri dari perubahan arah rambat cahaya (gelombang elektromagnetik) selama transisi dari satu media ke media lain, berbeda dari yang pertama Indeks bias. Untuk pembiasan, hukum terpenuhi: sinar datang, sinar bias dan tegak lurus dinaikkan ke titik datang sinar terletak pada bidang yang sama, dan untuk dua media ini rasio sinus sudut datang ke sinus sudut bias adalah nilai konstan, yang disebut indeks bias relatif lingkungan kedua relatif terhadap yang pertama. Alasan pembiasan adalah perbedaan kecepatan fase di media yang berbeda.

OPTIK PRISM- benda transparan yang dibatasi oleh dua bidang tidak sejajar tempat cahaya dibiaskan. Ini digunakan dalam perangkat optik dan spektral.

PERBEDAAN PERJALANAN- kuantitas fisik yang sama dengan perbedaan panjang optik dari jalur dua sinar cahaya.

HAMBURAN CAHAYA- fenomena yang terdiri dari deviasi berkas cahaya yang merambat dalam medium ke segala arah yang mungkin. Hal ini disebabkan ketidakhomogenan medium dan interaksi cahaya dengan partikel materi, di mana arah rambat, frekuensi dan bidang osilasi gelombang cahaya berubah.

LAMPU, radiasi cahaya - yang dapat menyebabkan sensasi visual.

GELOMBANG CAHAYA - gelombang elektromagnetik dalam rentang panjang gelombang tampak. Frekuensi (set frekuensi) r.v. menentukan warna, energi r.v. sebanding dengan kuadrat amplitudonya.

PANDUAN CAHAYA- saluran untuk mentransmisikan cahaya, memiliki dimensi berkali-kali lebih besar dari panjang gelombang cahaya. Cahaya di desa merambat karena refleksi internal total.

KECEPATAN CAHAYA dalam ruang hampa (c) - salah satu konstanta fisik utama, sama dengan kecepatan rambat gelombang elektromagnetik dalam ruang hampa. c=(299 792 458 ± 1,2) m/s. s.s. - kecepatan propagasi yang membatasi interaksi fisik apa pun.

SPECTRUM OPTIK- distribusi frekuensi (atau panjang gelombang) intensitas radiasi optik suatu benda (spektrum emisi) atau intensitas penyerapan cahaya ketika melewati suatu zat (spektrum penyerapan). Bedakan SO: garis, terdiri dari garis spektral individu; bergaris-garis, terdiri dari kelompok-kelompok (garis-garis) dari dekat garis spektral; padat, sesuai dengan emisi (emisi) atau penyerapan cahaya dalam rentang frekuensi yang luas.

GARIS SPECTRAL- area sempit dalam spektrum optik, sesuai dengan frekuensi (panjang gelombang) yang hampir sama. Setiap S.l. memenuhi tertentu transisi kuantum.

ANALISIS SPECTRAL- metode fisik untuk analisis kualitatif dan kuantitatif dari komposisi kimia zat, berdasarkan studi mereka spektrum optik. Ini dibedakan oleh sensitivitas tinggi dan digunakan dalam kimia, astrofisika, metalurgi, eksplorasi geologi, dll. Dasar teoretis S. a. adalah .

SPEKTOGRAF- perangkat optik untuk mendapatkan dan merekam spektrum radiasi secara bersamaan. Bagian utama S. - prisma optik atau .

SPEKTROSKOP- perangkat optik untuk pengamatan visual dari spektrum radiasi. Bagian utama dari S. adalah prisma optik.

Spektroskopi cabang fisika yang mempelajari spektrum optik untuk menjelaskan struktur atom, molekul, serta materi dalam berbagai keadaan agregasinya.

MENINGKAT sistem optik - rasio ukuran gambar yang diberikan oleh sistem optik dengan ukuran sebenarnya dari objek.

RADIASI ULTRAVIOLET- radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang dalam ruang hampa dari 10 nm sampai 400 nm. Menyebabkan banyak zat dan pendaran. aktif secara biologis.

pesawat fokus- bidang yang tegak lurus terhadap sumbu optik sistem dan melewati fokus utamanya.

FOKUS- titik di mana berkas sinar paralel yang melewati sistem optik dikumpulkan. Jika sinar sejajar dengan sumbu optik utama sistem, maka optik terletak pada sumbu ini dan disebut utama.

FOCAL LENGTH- jarak antara pusat optik lensa tipis dan fokus EFEK FOTO, efek fotolistrik - fenomena emisi elektron oleh suatu zat di bawah pengaruh radiasi elektromagnetik (eksternal f.). Itu diamati dalam gas, cairan dan padatan. Ditemukan oleh G. Hertz dan dipelajari oleh A.G. Stoletov. Keteraturan utama f. dijelaskan berdasarkan konsep kuantum oleh A. Einstein.

WARNA- sensasi visual yang disebabkan oleh cahaya sesuai dengan komposisi spektralnya dan intensitas radiasi yang dipantulkan atau dipancarkan.

Lampu- ini adalah gelombang elektromagnetik, yang panjang gelombangnya terletak untuk mata manusia rata-rata dalam kisaran 400 hingga 760 nm. Dalam batas-batas ini, cahaya disebut bisa dilihat. Cahaya dengan panjang gelombang terpanjang tampak merah bagi kita, dan cahaya dengan panjang gelombang terpendek tampak ungu. Sangat mudah untuk mengingat pergantian warna spektrum dengan bantuan pepatah " Ke setiap HAI hotnik F melakukan W nat, G de Dengan pergi F azan. Huruf pertama dari kata-kata pepatah sesuai dengan huruf pertama dari warna primer spektrum dalam urutan panjang gelombang (dan, dengan demikian, meningkatkan frekuensi): “ Ke merah - HAI jangkauan - F kuning - W hijau - G biru - Dengan biru - F ungu." Cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dari merah disebut inframerah. Mata kita tidak menyadarinya, tetapi kulit kita menangkap gelombang tersebut dalam bentuk radiasi termal. Cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek dari ungu disebut ultraungu.

Gelombang elektromagnetik(dan khususnya, gelombang cahaya, atau sederhananya lampu) adalah medan elektromagnetik yang merambat dalam ruang dan waktu. Gelombang elektromagnetik bersifat transversal - vektor intensitas listrik dan induksi magnet saling tegak lurus dan terletak pada bidang yang tegak lurus terhadap arah rambat gelombang. Gelombang cahaya, seperti gelombang elektromagnetik lainnya, merambat dalam materi dengan kecepatan terbatas, yang dapat dihitung dengan rumus:

di mana: ε dan μ – permeabilitas dielektrik dan magnetik zat, ε 0 dan μ 0 - konstanta listrik dan magnet: ε 0 \u003d 8.85419 10 -12 F / m, μ 0 \u003d 1.25664 10 -6 J / m. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa(di mana ε = μ = 1) konstan dan sama dengan dengan= 3∙108 m/s, dapat juga dihitung dengan rumus:

Kecepatan cahaya dalam ruang hampa adalah salah satu konstanta fisika dasar. Jika cahaya merambat dalam media apa pun, maka kecepatan rambatnya juga dinyatakan oleh hubungan berikut:

di mana: n- indeks bias suatu zat - kuantitas fisik yang menunjukkan berapa kali kecepatan cahaya dalam media kurang dari dalam ruang hampa. Indeks bias, seperti yang terlihat dari rumus sebelumnya, dapat dihitung sebagai berikut:

• Cahaya membawa energi. Ketika gelombang cahaya merambat, aliran energi elektromagnetik muncul.
• Gelombang cahaya dipancarkan dalam bentuk kuanta individu radiasi elektromagnetik (foton) oleh atom atau molekul.

Selain cahaya, ada jenis gelombang elektromagnetik lainnya. Selanjutnya, mereka terdaftar dalam urutan penurunan panjang gelombang (dan, karenanya, peningkatan frekuensi):

• gelombang radio;
• Radiasi infra merah;
• cahaya tampak;
• Radiasi ultraviolet;
• radiasi sinar-X;
• Radiasi gamma.

Gangguan

Gangguan- salah satu manifestasi paling terang dari sifat gelombang cahaya. Ini terkait dengan redistribusi energi cahaya di ruang angkasa ketika apa yang disebut koheren gelombang, yaitu gelombang yang mempunyai frekuensi sama dan beda fasa tetap. Intensitas cahaya pada daerah tumpang tindih berkas memiliki karakter pita terang dan pita gelap yang berselang-seling, dengan intensitas yang lebih besar pada saat maksimum dan lebih kecil dari jumlah intensitas berkas pada saat minimum. Saat menggunakan cahaya putih, pinggiran interferensi berubah menjadi warna spektrum yang berbeda.

Untuk menghitung interferensi digunakan konsep panjang jalur optik. Biarkan cahaya menempuh jarak L dalam medium dengan indikasi bias n. Kemudian panjang jalur optiknya dihitung dengan rumus:

Untuk interferensi, setidaknya dua balok harus tumpang tindih. Bagi mereka itu dihitung perbedaan jalur optik(perbedaan panjang optik) menurut rumus berikut:

Nilai inilah yang menentukan apa yang terjadi selama interferensi: minimum atau maksimum. Ingat yang berikut ini: gangguan maksimum(pita cahaya) diamati pada titik-titik di ruang angkasa di mana kondisi berikut terpenuhi:

Pada m= 0, maksimum orde nol diamati, di m= ±1 maksimum orde pertama, dan seterusnya. gangguan minimal(pita gelap) diamati ketika kondisi berikut terpenuhi:

Beda fasa dari osilasi dalam kasus ini adalah:

Dengan angka ganjil pertama (satu) akan ada minimal urutan pertama, dengan urutan kedua (tiga) minimal ada urutan kedua, dst. Tidak ada minimum orde nol.

Difraksi. Kisi difraksi

Difraksi cahaya disebut fenomena deviasi cahaya dari arah rambat bujursangkar ketika melewati dekat rintangan yang dimensinya sebanding dengan panjang gelombang cahaya (cahaya yang dibelokkan di sekitar rintangan). Seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, dalam kondisi tertentu, cahaya dapat memasuki area bayangan geometris (yaitu, berada di tempat yang tidak seharusnya). Jika penghalang bundar terletak di jalur berkas cahaya paralel (piringan bundar, bola atau lubang bundar di layar buram), maka pada layar yang terletak pada jarak yang cukup jauh dari penghalang, pola difraksi- sistem cincin terang dan gelap bergantian. Jika hambatannya linier (celah, ulir, tepi layar), maka sistem pinggiran difraksi paralel muncul di layar.

Kisi difraksi adalah struktur periodik yang diukir oleh mesin pemisah khusus pada permukaan kaca atau pelat logam. Pada kisi-kisi yang baik, guratan yang sejajar satu sama lain memiliki panjang sekitar 10 cm, dan ada hingga 2000 guratan per milimeter. Dalam hal ini, panjang total kisi mencapai 10-15 cm, pembuatan kisi-kisi tersebut membutuhkan penggunaan teknologi tertinggi. Dalam praktiknya, kisi-kisi yang lebih kasar dengan 50-100 garis per milimeter diterapkan pada permukaan film transparan juga digunakan.

Ketika cahaya biasanya datang pada kisi difraksi, maxima diamati di beberapa arah (selain arah di mana cahaya awalnya datang). Untuk diperhatikan gangguan maksimum, kondisi berikut harus dipenuhi:

di mana: d adalah periode kisi (atau konstan) (jarak antara alur yang berdekatan), m adalah bilangan bulat, yang disebut orde maksimum difraksi. Pada titik-titik layar yang memenuhi kondisi ini, apa yang disebut maksima utama dari pola difraksi berada.

Hukum optik geometris

optik geometris adalah cabang fisika yang tidak memperhitungkan sifat gelombang cahaya. Hukum dasar optik geometris diketahui jauh sebelum pembentukan sifat fisik cahaya.

Media yang homogen secara optik adalah medium di seluruh volume yang indeks biasnya tidak berubah.

Hukum perambatan cahaya bujursangkar: Cahaya merambat lurus dalam medium optis homogen. Hukum ini mengarah pada gagasan berkas cahaya sebagai garis geometris di mana cahaya merambat. Perlu dicatat bahwa hukum perambatan cahaya bujursangkar dilanggar dan konsep berkas cahaya kehilangan maknanya jika cahaya melewati lubang kecil, yang ukurannya sebanding dengan panjang gelombang (dalam hal ini, difraksi diamati) .

Pada antarmuka antara dua media transparan, cahaya dapat dipantulkan sebagian sehingga sebagian energi cahaya akan merambat setelah dipantulkan ke arah yang baru, dan sebagian melewati antarmuka dan merambat di media kedua.

Hukum pemantulan cahaya: sinar datang dan sinar pantul, serta tegak lurus antarmuka antara dua media, dipulihkan pada titik datang berkas, terletak pada bidang yang sama (bidang datang). Sudut refleksi γ sama dengan sudut datang α . Perhatikan bahwa semua sudut dalam optik diukur dari tegak lurus ke antarmuka antara dua media.

Hukum pembiasan cahaya (hukum Snell): sinar datang dan sinar bias, serta tegak lurus terhadap antarmuka antara dua media, dipulihkan pada titik datang sinar, terletak pada bidang yang sama. Perbandingan sinus sudut datang α ke sinus sudut bias β adalah nilai konstan untuk dua media yang diberikan, dan ditentukan oleh ekspresi:

Hukum pembiasan secara eksperimental ditetapkan oleh ilmuwan Belanda W. Snellius pada tahun 1621. Nilai konstan n 21 panggilan indeks bias relatif lingkungan kedua relatif terhadap yang pertama. Indeks bias suatu medium terhadap ruang hampa disebut indeks bias mutlak.

Media dengan nilai indeks absolut yang besar disebut lebih rapat secara optik, dan media dengan nilai yang lebih kecil disebut kurang rapat. Ketika melewati dari media yang kurang padat ke yang lebih padat, balok "menekan" terhadap tegak lurus, dan ketika melewati dari yang lebih padat ke yang kurang padat, ia "menjauh" dari tegak lurus. Satu-satunya kasus ketika sinar tidak dibiaskan adalah jika sudut datang adalah 0 (yaitu, sinar tegak lurus dengan antarmuka).

Ketika cahaya berpindah dari media optik lebih rapat ke media optik kurang rapat n 2 < n 1 (misalnya, dari kaca ke udara) dapat diamati fenomena refleksi internal total, yaitu, hilangnya sinar bias. Fenomena ini diamati pada sudut datang yang melebihi sudut kritis tertentu α pr, yang disebut membatasi sudut refleksi internal total. Untuk sudut datang α = α pr, sin β = 1 karena β = 90 °, ini berarti bahwa sinar bias berjalan sepanjang antarmuka itu sendiri, sedangkan menurut hukum Snell, kondisi berikut dipenuhi:

Segera setelah sudut datang menjadi lebih besar dari yang membatasi, sinar bias tidak lagi hanya melewati batas, tetapi tidak muncul sama sekali, karena sinusnya sekarang harus lebih besar dari satu, tetapi ini tidak mungkin.

lensa

Lensa Benda bening yang dibatasi oleh dua permukaan bola disebut. Jika ketebalan lensa itu sendiri kecil dibandingkan dengan jari-jari kelengkungan permukaan bola, maka lensa disebut lensa tipis.

Lensa adalah pertemuan dan penyebaran. Jika indeks bias lensa lebih besar dari lingkungan, maka lensa konvergen lebih tebal di tengah daripada di tepi, sedangkan lensa divergen, sebaliknya, lebih tipis di tengah. Jika indeks bias lensa lebih kecil dari lingkungannya, maka yang terjadi adalah sebaliknya.

Garis lurus yang melalui pusat kelengkungan permukaan bola disebut sumbu optik utama lensa. Dalam kasus lensa tipis, kira-kira kita dapat mengasumsikan bahwa sumbu optik utama berpotongan dengan lensa pada satu titik, yang biasa disebut pusat optik lensa. Seberkas cahaya melewati pusat optik lensa tanpa menyimpang dari arah aslinya. Semua garis yang melalui pusat optik disebut sumbu optik samping.

Jika seberkas sinar sejajar dengan sumbu optik utama diarahkan ke lensa, maka setelah melewati lensa sinar (atau kelanjutannya) akan berkumpul di satu titik. F, yang disebut fokus utama lensa. Lensa tipis memiliki dua fokus utama, terletak secara simetris relatif terhadap lensa pada sumbu optik utama. Lensa konvergen memiliki fokus nyata, lensa divergen memiliki fokus imajiner. Jarak antara pusat optik lensa HAI dan fokus utama F ditelepon Focal length. Hal ini dilambangkan dengan yang sama F.

Formula lensa

Properti utama lensa adalah kemampuan untuk memberikan gambar objek. Gambar- ini adalah titik di ruang di mana sinar (atau kelanjutannya) berpotongan, dipancarkan oleh sumber setelah pembiasan di lensa. Gambar adalah langsung dan terbalik, sah(balok berpotongan) dan imajiner(kelanjutan dari sinar berpotongan), diperbesar dan dikurangi.

Posisi bayangan dan sifatnya dapat ditentukan dengan menggunakan konstruksi geometris. Untuk melakukan ini, gunakan sifat-sifat beberapa sinar standar, yang jalannya diketahui. Ini adalah sinar yang melewati pusat optik atau salah satu fokus lensa, serta sinar sejajar dengan sumbu optik utama atau salah satu sekunder.

Untuk mempermudah, Anda dapat mengingat bahwa bayangan suatu titik akan menjadi titik. Bayangan suatu titik yang terletak pada sumbu optik utama terletak pada sumbu optik utama. Gambar segmen adalah segmen. Jika segmen tegak lurus terhadap sumbu optik utama, maka bayangannya tegak lurus terhadap sumbu optik utama. Tetapi jika segmen dimiringkan ke sumbu optik utama pada sudut tertentu, maka gambarnya akan dimiringkan pada sudut lain.

Gambar juga dapat dihitung menggunakan formula lensa tipis. Jika jarak terpendek dari objek ke lensa dilambangkan dengan d, dan jarak terpendek dari lensa ke bayangan melalui f, maka rumus lensa tipis dapat ditulis sebagai:

nilai D kebalikan dari panjang fokus. ditelepon kekuatan optik lensa. Satuan daya optik adalah 1 dioptri (D). Dioptri adalah kekuatan optik lensa yang memiliki jarak fokus 1 m.

Merupakan kebiasaan untuk menghubungkan tanda-tanda tertentu dengan panjang fokus lensa: untuk lensa konvergen F> 0, untuk hamburan F < 0. Оптическая сила рассеивающей линзы также отрицательна.

Kuantitas d dan f juga mematuhi aturan tanda tertentu: f> 0 – untuk gambar nyata; f < 0 – для мнимых изображений. Перед d tanda “–” diletakkan hanya dalam kasus ketika seberkas sinar konvergen jatuh pada lensa. Kemudian mereka secara mental diperluas ke persimpangan di belakang lensa, sumber cahaya imajiner ditempatkan di sana, dan jarak ditentukan untuk itu d.

Bergantung pada posisi objek dalam kaitannya dengan lensa, dimensi linier bayangan berubah. Zoom linier lensa Γ disebut rasio dimensi linier bayangan dan benda. Ada rumus untuk perbesaran linier lensa:

Dalam banyak instrumen optik, cahaya melewati dua atau lebih lensa secara berurutan. Bayangan benda yang diberikan oleh lensa pertama berfungsi sebagai benda (nyata atau khayal) untuk lensa kedua, yang membentuk bayangan kedua benda tersebut, dan seterusnya.

Pelajari semua rumus dan hukum dalam fisika, dan rumus dan metode dalam matematika. Sebenarnya, ini juga sangat sederhana untuk dilakukan, hanya ada sekitar 200 rumus yang diperlukan dalam fisika, dan bahkan lebih sedikit dalam matematika. Dalam setiap mata pelajaran ini ada sekitar selusin metode standar untuk memecahkan masalah tingkat kerumitan dasar, yang juga dapat dipelajari, dan dengan demikian, sepenuhnya otomatis dan tanpa kesulitan, menyelesaikan sebagian besar transformasi digital pada waktu yang tepat. Setelah itu, Anda hanya perlu memikirkan tugas yang paling sulit.

Menghadiri ketiga tahap pengujian latihan dalam fisika dan matematika. Setiap RT dapat dikunjungi dua kali untuk menyelesaikan kedua opsi. Sekali lagi, pada DT, selain kemampuan untuk memecahkan masalah dengan cepat dan efisien, serta pengetahuan tentang rumus dan metode, juga diperlukan untuk dapat merencanakan waktu dengan baik, mendistribusikan kekuatan, dan yang terpenting mengisi formulir jawaban dengan benar, tanpa membingungkan baik jumlah jawaban dan masalah, atau nama Anda sendiri. Juga, selama RT, penting untuk membiasakan diri dengan gaya mengajukan pertanyaan dalam tugas, yang mungkin tampak sangat tidak biasa bagi orang yang tidak siap di DT.

Implementasi yang sukses, rajin dan bertanggung jawab dari ketiga poin ini, serta studi yang bertanggung jawab atas tes pelatihan akhir, akan memungkinkan Anda untuk menunjukkan hasil yang sangat baik pada CT, maksimal dari kemampuan Anda.

Menemukan kesalahan?

Jika Anda, seperti yang Anda lihat, menemukan kesalahan dalam materi pelatihan, maka silakan tulis melalui email (). Dalam surat itu, tunjukkan mata pelajaran (fisika atau matematika), nama atau nomor topik atau tes, nomor tugas, atau tempat dalam teks (halaman) di mana, menurut Anda, ada kesalahan. Jelaskan juga apa dugaan kesalahan itu. Surat Anda tidak akan luput dari perhatian, kesalahannya akan diperbaiki, atau Anda akan dijelaskan mengapa itu bukan kesalahan.