Nos deparamos com a palavra “óptica”, por exemplo, quando passamos por uma loja que vende óculos. Além disso, muitos lembram que estudaram óptica na escola. O que é ótica?

A óptica é um ramo da física que estuda a natureza da luz, suas propriedades, padrões de propagação em vários meios, bem como a interação da luz com as substâncias. Para entender melhor o que é óptica, você deve entender o que é a luz.

Conceitos de luz na física moderna

A física considera a luz familiar para nós como um fenômeno complexo que tem uma natureza dual. Por um lado, a luz é considerada um fluxo de partículas minúsculas - quanta de luz (fótons). Por outro lado, a luz pode ser descrita como um tipo de onda eletromagnética que tem um certo comprimento.

Seções separadas de óptica estudam a luz como um fenômeno físico de diferentes ângulos.

Seções de óptica

• Óptica geométrica. Considera as leis de propagação da luz, bem como a reflexão e refração dos raios de luz. Representa a luz como um raio se propagando em um meio homogêneo em linha reta (esta é sua semelhança com um raio geométrico). Não leva em conta a natureza ondulatória da luz.
• Óptica de ondas. Ele estuda as propriedades da luz como uma variedade de ondas eletromagnéticas.
• óptica quântica. Estuda as propriedades quânticas da luz (explora o efeito fotoelétrico, processos fotoquímicos, radiação laser, etc.)

Óptica na vida humana

Ao estudar a natureza da luz e os padrões de sua propagação, uma pessoa usa o conhecimento adquirido a seu favor. Os dispositivos ópticos mais comuns na vida ao redor são óculos, microscópio, telescópio, lente fotográfica, bem como um cabo de fibra óptica usado para colocar uma LAN (você pode aprender sobre isso no artigo

Óptica- Este é um ramo da física que estuda a natureza da radiação luminosa, sua distribuição e interação com a matéria. As ondas de luz são ondas eletromagnéticas. O comprimento de onda das ondas de luz está no intervalo. Ondas dessa faixa são percebidas pelo olho humano.

A luz viaja ao longo de linhas chamadas raios. Na aproximação da óptica de raios (ou geométrica), a finitude dos comprimentos de onda da luz é desprezada, assumindo que λ→0. A óptica geométrica em muitos casos torna possível calcular muito bem o sistema óptico. O sistema óptico mais simples é uma lente.

Ao estudar a interferência da luz, deve-se lembrar que a interferência é observada apenas a partir de fontes coerentes e que a interferência está associada à redistribuição de energia no espaço. Aqui é importante poder anotar corretamente a condição de intensidade de luz máxima e mínima e prestar atenção a questões como cores de filmes finos, listras de igual espessura e inclinação igual.

Ao estudar o fenômeno da difração da luz, é necessário entender o princípio de Huygens-Fresnel, o método das zonas de Fresnel, para entender como descrever o padrão de difração em uma fenda e em uma grade de difração.

Ao estudar o fenômeno da polarização da luz, deve-se entender que esse fenômeno é baseado na natureza transversal das ondas de luz. Atenção deve ser dada aos métodos de obtenção de luz polarizada e às leis de Brewster e Malus.

Tabela de fórmulas básicas em óptica

Leis físicas, fórmulas, variáveis	Fórmulas ópticas
Índice de refração absoluto onde c é a velocidade da luz no vácuo, c = 3 108 m/s, v é a velocidade de propagação da luz no meio.
Índice de refração relativo onde n 2 e n 1 são os índices de refração absolutos do segundo e do primeiro meio.
Lei da refração onde i é o ângulo de incidência, r é o ângulo de refração.
Fórmula de lente fina onde F é a distância focal da lente, d é a distância do objeto à lente, f é a distância da lente à imagem.
Potência óptica da lente onde R 1 e R 2 são os raios de curvatura das superfícies esféricas da lente. Para uma superfície convexa R>0. Para superfície côncava R<0.
Comprimento do caminho óptico: onde n é o índice de refração do meio; r é o comprimento do caminho geométrico da onda de luz.
Diferença de viagem óptica: L 1 e L 2 - caminhos ópticos de duas ondas de luz.
Condição de interferência máximo: mínimo: onde λ 0 é o comprimento de onda da luz no vácuo; m é a ordem da interferência máxima ou mínima.
Diferença de caminho óptico em filmes finos na luz refletida: na luz transmitida: onde d é a espessura do filme; i - ângulo de incidência da luz; n é o índice de refração.
A largura das franjas de interferência no experimento de Young: onde d é a distância entre fontes de luz coerentes; L é a distância da fonte à tela.
A condição dos máximos principais da rede de difração: onde d é a constante da rede de difração; φ - ângulo de difração.
Resolução da rede de difração: onde Δλ é a diferença mínima de comprimento de onda de duas linhas espectrais resolvidas pela grade;

Um dos ramos antigos e volumosos da física é a óptica. Suas realizações são aplicadas em muitas ciências e campos de atividade: engenharia elétrica, indústria, medicina e outros. A partir do artigo, você pode descobrir o que essa ciência estuda, a história do desenvolvimento de ideias sobre ela, as conquistas mais importantes e quais sistemas e dispositivos ópticos existem.

O que a óptica estuda

O nome desta disciplina é de origem grega e é traduzido como "a ciência da percepção visual". A óptica é um ramo da física que estuda a natureza da luz, suas propriedades e as leis associadas à sua propagação. Esta ciência explora a natureza da luz visível, radiação infravermelha e ultravioleta. Como é graças à luz que as pessoas podem ver o mundo ao seu redor, esse ramo da física também é uma disciplina relacionada à percepção visual da radiação. E não é à toa: o olho é um sistema óptico complexo.

A história da formação da ciência

A óptica se originou nos tempos antigos, quando as pessoas tentavam entender a natureza da luz e descobrir como conseguiam ver objetos no mundo circundante.

Os filósofos antigos consideravam a luz visível como raios saindo dos olhos de uma pessoa ou um fluxo de pequenas partículas voando de objetos e entrando no olho.

No futuro, a natureza da luz foi estudada por muitos cientistas proeminentes. Isaac Newton formulou a teoria dos corpúsculos - minúsculas partículas de luz. Outro cientista, Huygens, apresentou a teoria das ondas.

A natureza da luz continuou a ser explorada por físicos do século 20: Maxwell, Planck, Einstein.

Atualmente, as hipóteses de Newton e Huygens estão unidas no conceito de dualidade onda-partícula, segundo o qual a luz tem propriedades tanto de partículas quanto de ondas.

Seções

O objeto de pesquisa em óptica não é apenas a luz e sua natureza, mas também instrumentos para esses estudos, as leis e propriedades desse fenômeno e muito mais. Portanto, na ciência existem várias seções dedicadas a certos aspectos da pesquisa.

• óptica geométrica;
• aceno;
• quântico.

Cada seção será discutida em detalhes a seguir.

óptica geométrica

Nesta seção, existem as seguintes leis da óptica:

A lei da retilinearidade da propagação da luz passando por um meio homogêneo. Um feixe de luz é considerado como uma linha reta ao longo da qual as partículas de luz passam.

Lei da reflexão:

Os feixes incidente e refletido, bem como a perpendicular à interface entre dois meios, restaurados no ponto de incidência do feixe, encontram-se no mesmo plano ( plano de incidência). O ângulo de reflexão γ é igual ao ângulo de incidência α.

Lei da refração:

Os feixes incidente e refratado, bem como a perpendicular à interface entre dois meios, restaurados no ponto de incidência do feixe, encontram-se no mesmo plano. A razão entre o seno do ângulo de incidência α e o seno do ângulo de refração β é uma constante para os dois meios dados.

Os meios de estudar as propriedades da luz na óptica geométrica são as lentes.

Uma lente é um corpo transparente capaz de transmitir e modificar, divididos em convexo e côncavo, além de coletar e espalhar. A lente é o principal componente de todos os dispositivos ópticos. Quando sua espessura é pequena em relação aos raios das superfícies, é chamada de fina. Na óptica, a fórmula das lentes finas se parece com isso:

1/d + 1/f = D, onde

d é a distância do objeto à lente; f é a distância da imagem à lente; D é a potência óptica da lente (medida em dioptrias).

Óptica ondulatória e seus conceitos

Como se sabe que a luz tem todas as propriedades de uma onda eletromagnética, um ramo separado da física estuda as manifestações dessas propriedades. Chama-se óptica de ondas.

Os conceitos básicos desta seção de óptica são dispersão, interferência, difração e polarização.

O fenômeno da dispersão foi descoberto por Newton, graças aos seus experimentos com prismas. Esta descoberta é um passo importante para a compreensão da natureza da luz. Ele descobriu que a refração dos raios de luz depende de sua cor. Esse fenômeno foi chamado de dispersão ou espalhamento da luz. Sabe-se agora que a cor depende do comprimento de onda. Além disso, foi Newton quem propôs o conceito de espectro para denotar a faixa iridescente obtida pela dispersão através de prismas.

A confirmação da natureza ondulatória da luz é a interferência de suas ondas, descoberta por Jung. Esta é a sobreposição de duas ou mais ondas umas sobre as outras. Como resultado, pode-se ver o fenômeno de amplificação e enfraquecimento das oscilações da luz em vários pontos do espaço. Bolhas de sabão e filme multicolorido iridescente de gasolina derramada são manifestações bonitas e familiares de interferência.

Todo mundo é caracterizado pelo fenômeno da difração. Este termo é traduzido do latim como "quebrado". A difração em óptica é a curvatura das ondas de luz ao redor das bordas dos obstáculos. Por exemplo, se uma bola for colocada no caminho de um feixe de luz, anéis alternados aparecerão na tela atrás dela - claro e escuro. Isso é chamado de padrão de difração. O fenômeno foi estudado por Jung e Fresnel.

O último conceito-chave em óptica ondulatória é a polarização. A luz é chamada polarizada se a direção de suas oscilações de onda for ordenada. Como a luz é uma onda longitudinal e não transversal, as vibrações também ocorrem exclusivamente na direção transversal.

óptica quântica

A luz não é apenas uma onda, mas também um fluxo de partículas. Com base nesse componente, surgiu um ramo da ciência como a óptica quântica. Sua aparência está associada ao nome de Max Planck.

Um quantum é qualquer porção de algo. E neste caso, eles falam de quanta de radiação, ou seja, porções de luz emitida durante ela. Para designar partículas, usa-se a palavra fótons (do grego φωτός - "luz"). Este conceito foi proposto por Albert Einstein. Nesta seção de óptica, a fórmula de Einstein E=mc 2 também é usada para estudar as propriedades da luz.

A principal tarefa desta seção é o estudo e caracterização da interação da luz com a matéria e o estudo de sua propagação em condições atípicas.

As propriedades da luz como um fluxo de partículas aparecem nas seguintes condições:

• radiação térmica;
• efeito fotoelétrico;
• processos fotoquímicos;
• emissão estimulada, etc.

Na óptica quântica, existe o conceito de luz não clássica. O fato é que as características quânticas da radiação da luz não podem ser descritas dentro da estrutura da óptica clássica. A luz não clássica, por exemplo, de dois fótons, comprimida, é usada em vários campos: para calibrar fotodetectores, para medições precisas etc. fóton é atribuído 0, e um direcionado horizontalmente - um.

O valor da óptica e dos instrumentos ópticos

Em que áreas da tecnologia óptica eles encontraram sua principal aplicação?

Primeiro, sem essa ciência, não haveria instrumentos ópticos conhecidos por todas as pessoas: um telescópio, um microscópio, uma câmera, um projetor e outros. Com a ajuda de lentes especialmente selecionadas, as pessoas puderam explorar o micromundo, o universo, os objetos celestes, além de capturar e transmitir informações na forma de imagens.

Além disso, graças à óptica, várias descobertas importantes foram feitas no campo da natureza da luz, suas propriedades, os fenômenos de interferência, polarização e outros foram descobertos.

Finalmente, a óptica foi amplamente utilizada na medicina, por exemplo, no estudo dos raios X, com base na qual foi criado um aparelho que salvou muitas vidas. Graças a essa ciência, também foi inventado o laser, amplamente utilizado em intervenções cirúrgicas.

Óptica e visão

O olho é um sistema óptico. Graças às propriedades da luz e às capacidades dos órgãos da visão, você pode ver o mundo ao seu redor. Infelizmente, poucas pessoas podem se gabar de uma visão perfeita. Com a ajuda dessa disciplina, tornou-se possível restaurar a capacidade das pessoas de enxergar melhor com a ajuda de óculos e lentes de contato. Portanto, as instituições médicas envolvidas na seleção de ferramentas de correção da visão também receberam o nome correspondente - óptica.

Você pode resumir. Assim, a óptica é a ciência das propriedades da luz, afetando muitas áreas da vida e tendo uma ampla aplicação na ciência e na vida cotidiana.

CORPO ABSOLUTAMENTE NEGRO- um modelo mental de um corpo que a qualquer temperatura absorve completamente toda a radiação eletromagnética incidente sobre ele, independentemente da composição espectral. Radiação A.Ch.T. é determinado apenas pela sua temperatura absoluta e não depende da natureza da substância.

LUZ BRANCA- complexo eletromagnético radiação , causando uma sensação nos olhos de uma pessoa, de cor neutra.

RADIAÇÃO VISÍVEL- radiação óptica com comprimentos de onda de 380 - 770 nm, capaz de causar uma sensação visual no olho humano.

EMISSÃO FORÇADA, radiação induzida - a emissão de ondas eletromagnéticas por partículas de matéria (átomos, moléculas, etc.) que são excitadas, ou seja, estado de não equilíbrio sob a ação da radiação forçante externa. Dentro e. coerentemente (cfr. coerência) com radiação estimulante e sob certas condições pode levar à amplificação e geração de ondas eletromagnéticas. Veja também gerador quântico.

HOLOGRAMA- um padrão de interferência registrado em uma chapa fotográfica, formado por duas ondas coerentes (ver Fig. coerência): uma onda de referência e uma onda refletida de um objeto iluminado pela mesma fonte de luz. Quando G. é restaurado, percebemos uma imagem tridimensional de um objeto.

HOLOGRAFIA- um método para obter imagens volumétricas de objetos, baseado no registro e posterior restauração da frente da onda refletida por esses objetos. A obtenção de um holograma é baseada em .

PRINCÍPIO DE HUYGENS- um método que permite determinar a posição da frente de onda a qualquer momento. De acordo com g.p. todos os pontos pelos quais a frente de onda passa no tempo t são fontes de ondas esféricas secundárias, e a posição desejada da frente de onda no tempo t+Dt coincide com a superfície envolvendo todas as ondas secundárias. Permite explicar as leis de reflexão e refração da luz.

HUYGENS - FRESNEL - PRINCÍPIO- um método aproximado para resolver problemas de propagação de ondas. G.-F. O item diz: em qualquer ponto fora de uma superfície fechada arbitrária, cobrindo uma fonte pontual de luz, a onda de luz excitada por esta fonte pode ser representada como resultado da interferência de ondas secundárias emitidas por todos os pontos da superfície fechada especificada. Permite resolver tarefas simples.

LUZ DE PRESSÃO - pressão, produzida pela luz na superfície iluminada. Desempenha um papel importante nos processos cósmicos (formação de caudas de cometas, equilíbrio de grandes estrelas, etc.).

IMAGEM REAL- cm. .

DIAFRAGMA- um dispositivo para limitar ou alterar o feixe de luz no sistema óptico (por exemplo, a pupila do olho, a armação da lente, o D. da lente da câmera).

DISPERSÃO DE LUZ- dependência do absoluto índice de refração substâncias da frequência da luz. É feita uma distinção entre D. normal, em que a velocidade da onda de luz diminui com o aumento da frequência, e D. anômala, em que a velocidade da onda aumenta. Devido a D.s. um feixe estreito de luz branca, passando por um prisma de vidro ou outra substância transparente, se decompõe em um espectro de dispersão, formando uma faixa iridescente na tela.

GRADE DE DIFRAÇÃO- um dispositivo físico, que é um conjunto de um grande número de traços paralelos de mesma largura, aplicados a uma superfície transparente ou reflexiva à mesma distância uma da outra. Como resultado, D. R. um espectro de difração é formado - a alternância de máximos e mínimos da intensidade da luz.

DIFRAÇÃO DE LUZ- um conjunto de fenômenos que são devidos à natureza ondulatória da luz e são observados quando ela se propaga em um meio com pronunciadas heterogeneidades (por exemplo, ao passar por buracos, perto dos limites de corpos opacos, etc.). Em sentido estrito, sob D.s. entender a curvatura da luz em torno de pequenos obstáculos, ou seja, desvio das leis da óptica geométrica. Desempenha um papel importante na operação de instrumentos ópticos, limitando-os resolução.

EFEITO DOPPLER- fenômeno de mudança frequência de oscilação ondas sonoras ou eletromagnéticas percebidas pelo observador, devido ao movimento mútuo do observador e da fonte de onda. Ao se aproximar, detecta-se um aumento na frequência, ao se afastar, detecta-se uma diminuição.

LUZ NATURAL- um conjunto de ondas de luz incoerentes com todos os planos de oscilação possíveis e com a mesma intensidade de oscilação em cada um desses planos. E.s. emitem quase todas as fontes de luz natural, porque. eles consistem em um grande número de centros de radiação orientados diferentemente (átomos, moléculas) que emitem ondas de luz, cuja fase e plano de oscilações podem assumir todos os valores possíveis. Veja também polarização da luz, coerência.

ESPELHO ÓPTICO- um corpo com uma superfície polida ou revestida com uma camada refletora (prata, ouro, alumínio, etc.) na qual a reflexão ocorre próximo a um espelho (ver. reflexão).

IMAGEM ÓPTICA- uma imagem de um objeto obtida como resultado da ação de um sistema óptico (lentes, espelhos) sobre os raios de luz emitidos ou refletidos pelo objeto. Distinguir entre real (obtido na tela ou retina na intersecção dos raios que passaram pelo sistema óptico) e imaginário. . (obtida na intersecção das continuações dos raios).

INTERFERÊNCIA DE LUZ- a sobreposição de dois ou mais coerente ondas de luz polarizadas linearmente em um plano, no qual a energia da onda de luz resultante é redistribuída no espaço dependendo da razão entre as fases dessas ondas. O resultado do I.S., observado em uma tela ou chapa fotográfica, é chamado de padrão de interferência. I. a luz branca leva à formação de um padrão de arco-íris (cores de filmes finos, etc.). Encontra aplicação em holografia, quando a ótica é revestida, etc.

RADIAÇÃO INFRA-VERMELHA - radiação eletromagnética com comprimentos de onda de 0,74 mícrons a 1-2 mm. Ela é emitida por todos os corpos com temperatura acima do zero absoluto (radiação térmica).

QUANTUM DE LUZ- o mesmo que fóton.

COLIMADOR- um sistema óptico concebido para obter um feixe de raios paralelos.

EFEITO COMPTON- o fenômeno de dispersão de radiação eletromagnética de comprimentos de onda curtos (raios X e radiação gama) em elétrons livres, acompanhado por um aumento na Comprimento de onda.

LASER, gerador quântico óptico - gerador quântico radiação eletromagnética na faixa óptica. Gera radiação eletromagnética coerente monocromática, que tem uma diretividade estreita e uma densidade de potência significativa. É utilizado em localização óptica, para processamento de materiais duros e refratários, em cirurgia, espectroscopia e holografia, para aquecimento de plasma. qua Maser.

ESPECTRO DE LINHA- espectros consistindo em linhas espectrais estreitas individuais. Radiado por substâncias no estado atômico.

LENTEóptico - um corpo transparente delimitado por duas superfícies curvilíneas (geralmente esféricas) ou curvas e planas. Diz-se que uma lente é fina se sua espessura for pequena em comparação com os raios de curvatura de suas superfícies. Existem lentes convergentes (convertendo um feixe paralelo de raios em um convergente) e divergentes (convertendo um feixe paralelo de raios em um divergente). Eles são usados ​​em dispositivos ópticos, óptico-mecânicos, fotográficos.

Lupa- coletando lente ou um sistema de lentes com uma distância focal curta (10 - 100 mm), oferece uma ampliação de 2 - 50x.

RAIOé uma linha imaginária ao longo da qual a energia da radiação se propaga na aproximação óptica geométrica, ou seja se os fenômenos de difração não forem observados.

MASER - gerador quântico radiação eletromagnética na faixa de centímetros. É caracterizada por alta monocromaticidade, coerência e diretividade de radiação estreita. É usado em radiocomunicações, radioastronomia, radar e também como gerador de oscilações de frequência estáveis. qua .

EXPERIÊNCIA MICHELSON- um experimento projetado para medir o efeito do movimento da Terra sobre o valor velocidade da luz. Resultado negativo M.o. tornou-se uma das bases experimentais teoria da relatividade.

MICROSCÓPIO- um dispositivo óptico para observar pequenos objetos invisíveis a olho nu. A ampliação do microscópio é limitada e não excede 1500. Cf. microscópio eletrônico.

IMAGINAÇÃO- cm. .

RADIAÇÃO MONOCROMÁTICA- modelo mental radiação eletromagnética uma frequência específica. Estrito m.i. não existe, porque qualquer radiação real é limitada no tempo e cobre uma certa faixa de frequência. Fontes de radiação próximas a m. - geradores quânticos.

ÓTICA- um ramo da física que estuda os padrões de fenômenos de luz (óptica), a natureza da luz e sua interação com a matéria.

EIXO ÓPTICO- 1) PRINCIPAL - linha reta na qual se localizam os centros das superfícies refletoras ou refletoras que formam o sistema óptico; 2) LADO - qualquer linha reta que passa pelo centro óptico de uma lente fina.

ENERGIA ÓPTICA lente - uma quantidade usada para descrever o efeito refrativo de uma lente e o inverso comprimento focal. D=1/F. É medido em dioptrias (dioptrias).

RADIAÇÃO ÓPTICA- radiação eletromagnética, cujos comprimentos de onda estão na faixa de 10 nm a 1 mm. Para o.i. relacionar radiação infra-vermelha, , .

REFLEXÃO DE LUZ- o processo de retorno de uma onda de luz ao incidir na interface entre dois meios de índices de refração. de volta ao ambiente original. Graças a o.s. vemos corpos que não emitem luz. É feita uma distinção entre reflexão especular (um feixe paralelo de raios permanece paralelo após a reflexão) e reflexão difusa (um feixe paralelo é convertido em divergente).

- um fenômeno observado durante a transição da luz de um meio opticamente mais denso para um opticamente menos denso, se o ângulo de incidência for maior que o ângulo de incidência limite, onde n é o índice de refração do segundo meio em relação ao primeiro. Neste caso, a luz é completamente refletida da interface entre a mídia.

LEI DE REFLEXÃO DE ONDAS- o feixe incidente, o feixe refletido e a perpendicular elevada ao ponto de incidência do feixe estão no mesmo plano, e o ângulo de incidência é igual ao ângulo de refração. A lei é válida para reflexão no espelho.

ABSORÇÃO DE LUZ- diminuição da energia de uma onda de luz durante sua propagação em uma substância, que ocorre como resultado da transformação da energia da onda em energia interna substâncias ou energia de radiação secundária com uma composição espectral diferente e uma direção de propagação diferente.

1) ABSOLUTO - valor igual à razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade de fase da luz em um dado meio: . Depende da composição química do meio, seu estado (temperatura, pressão, etc.) dispersão de luz).2) RELATIVA - (p.p. do segundo meio em relação ao primeiro) valor igual à razão entre a velocidade de fase no primeiro meio e a velocidade de fase no segundo: . O.p.p. é igual à razão do índice de refração absoluto do segundo meio para o p.p absoluto. ambiente da caneta.

POLARIZAÇÃO DA LUZ- um fenômeno que leva ao ordenamento dos vetores do campo elétrico e da indução magnética de uma onda de luz em um plano perpendicular ao feixe de luz. Na maioria das vezes ocorre quando a luz é refletida e refratada, bem como quando a luz se propaga em um meio anisotrópico.

REFRAÇÃO DE LUZ- um fenômeno que consiste em uma mudança na direção de propagação da luz (onda eletromagnética) durante a transição de um meio para outro, diferente do primeiro índice de refração. Para a refração, a lei é cumprida: o feixe incidente, o feixe refratado e a perpendicular elevada ao ponto de incidência do feixe estão no mesmo plano, e para esses dois meios, a razão do seno do ângulo de incidência para o seno do ângulo de refração é um valor constante, chamado índice de refração relativo segundo ambiente em relação ao primeiro. A razão para a refração é a diferença nas velocidades de fase em diferentes meios.

PRISMA ÓPTICO- um corpo feito de uma substância transparente limitada por dois planos não paralelos nos quais a luz é refratada. É usado em dispositivos ópticos e espectrais.

DIFERENÇA DE VIAGEM- uma quantidade física igual à diferença nos comprimentos ópticos dos caminhos de dois raios de luz.

ESPALHAMENTO DE LUZ- um fenômeno que consiste no desvio de um feixe de luz que se propaga em um meio em todas as direções possíveis. É devido à falta de homogeneidade do meio e à interação da luz com as partículas da matéria, em que a direção de propagação, a frequência e o plano de oscilação da onda de luz mudam.

LEVE, radiação de luz - que pode causar uma sensação visual.

ONDA DE LUZ - onda eletromagnética na faixa de comprimento de onda visível. Frequência (conjunto de frequências) r.v. determina a cor, a energia do r.v. proporcional ao quadrado de sua amplitude.

LUZ GUIA- um canal de transmissão de luz, com dimensões muitas vezes maiores que o comprimento de onda da luz. Luz na aldeia propaga devido à reflexão interna total.

VELOCIDADE DA LUZ no vácuo (c) - uma das principais constantes físicas, igual à velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no vácuo. c=(299 792 458 ± 1,2) m/s. S.s. - a velocidade limite de propagação de quaisquer interações físicas.

ESPECTRO ÓPTICO- distribuição em frequências (ou comprimentos de onda) da intensidade da radiação óptica de um determinado corpo (espectro de emissão) ou da intensidade de absorção da luz quando esta passa através de uma substância (espectro de absorção). Distinguir SO: linha, consistindo em linhas espectrais individuais; listrado, constituído por grupos (listras) de linhas espectrais; sólido, correspondendo à emissão (emissão) ou absorção de luz em uma ampla faixa de frequência.

LINHAS ESPECTRAIS- áreas estreitas nos espectros ópticos, correspondendo a quase a mesma frequência (comprimento de onda). Cada S.l. atende a um certo transição quântica.

ANÁLISE ESPECTRAL- um método físico para a análise qualitativa e quantitativa da composição química de substâncias, com base no estudo de sua espectros ópticos. Distingue-se pela alta sensibilidade e é usado em química, astrofísica, metalurgia, exploração geológica, etc. A base teórica de S. a. é .

ESPECTROGRAFO- um dispositivo óptico para obter e registrar simultaneamente o espectro de radiação. A parte principal de S. - prisma óptico ou .

ESPECTROSCÓPIO- um dispositivo óptico para observação visual do espectro de radiação. A parte principal de S. é um prisma óptico.

ESPECTROSCOPIA o ramo da física que estuda espectros ópticos a fim de elucidar a estrutura de átomos, moléculas, bem como a matéria em seus vários estados de agregação.

AUMENTAR sistema óptico - a relação entre o tamanho da imagem dada pelo sistema óptico para o tamanho real do objeto.

RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA- radiação eletromagnética com comprimento de onda no vácuo de 10 nm a 400 nm. Causam muitas substâncias e luminescência. biologicamente ativo.

PLANO FOCAL- um plano perpendicular ao eixo óptico do sistema e passando pelo seu foco principal.

FOCO- o ponto em que um feixe paralelo de raios de luz que passa pelo sistema óptico é coletado. Se o feixe é paralelo ao eixo óptico principal do sistema, então a óptica está neste eixo e é chamada de principal.

COMPRIMENTO FOCAL- a distância entre o centro óptico de uma lente fina e o foco FOTOEFEITO, efeito fotoelétrico - o fenômeno da emissão de elétrons por uma substância sob a influência da radiação eletromagnética (f. externo). É observado em gases, líquidos e sólidos. Descoberto por G. Hertz e estudado por A. G. Stoletov. As principais regularidades f. explicado com base em conceitos quânticos por A. Einstein.

COR- a sensação visual causada pela luz de acordo com sua composição espectral e a intensidade da radiação refletida ou emitida.

Leve- estas são ondas eletromagnéticas, cujos comprimentos de onda se situam para o olho humano médio na faixa de 400 a 760 nm. Dentro desses limites, a luz é chamada de visível. A luz com o comprimento de onda mais longo parece vermelha para nós, e a luz com o comprimento de onda mais curto parece violeta. É fácil lembrar a alternância das cores do espectro com a ajuda do ditado " Para todo O hotnik E faz C nat, G de A PARTIR DE vai F azan. As primeiras letras das palavras do ditado correspondem às primeiras letras das cores primárias do espectro em ordem decrescente do comprimento de onda (e, consequentemente, frequência crescente): “ Para vermelho - O variar - E amarelo - C verde - G azul - A PARTIR DE azul - F roxo." A luz com comprimentos de onda maiores que o vermelho é chamada infravermelho. Nossos olhos não percebem, mas nossa pele capta essas ondas na forma de radiação térmica. A luz com comprimentos de onda mais curtos que o violeta é chamada ultravioleta.

Ondas eletromagnéticas(e em particular, ondas de luz, ou simplesmente leve) é um campo eletromagnético que se propaga no espaço e no tempo. As ondas eletromagnéticas são transversais - os vetores de intensidade elétrica e indução magnética são perpendiculares entre si e estão em um plano perpendicular à direção de propagação da onda. As ondas de luz, como quaisquer outras ondas eletromagnéticas, propagam-se na matéria com uma velocidade finita, que pode ser calculada pela fórmula:

Onde: ε e μ – permeabilidade dielétrica e magnética da substância, ε 0 e μ 0 - constantes elétricas e magnéticas: ε 0 \u003d 8,85419 10 -12 F/m, μ 0 \u003d 1,25664 10 -6 H / m. A velocidade da luz no vácuo(Onde ε = μ = 1) é constante e igual a Com= 3∙10 8 m/s, também pode ser calculado pela fórmula:

A velocidade da luz no vácuo é uma das constantes físicas fundamentais. Se a luz se propaga em qualquer meio, então a velocidade de sua propagação também é expressa pela seguinte relação:

Onde: n- o índice de refração de uma substância - uma quantidade física que mostra quantas vezes a velocidade da luz em um meio é menor do que no vácuo. O índice de refração, como visto nas fórmulas anteriores, pode ser calculado da seguinte forma:

• A luz carrega energia. Quando as ondas de luz se propagam, surge um fluxo de energia eletromagnética.
• As ondas de luz são emitidas na forma de quanta individuais de radiação eletromagnética (fótons) por átomos ou moléculas.

Além da luz, existem outros tipos de ondas eletromagnéticas. Além disso, eles estão listados em ordem decrescente de comprimento de onda (e, consequentemente, aumentando a frequência):

• ondas de rádio;
• Radiação infra-vermelha;
• luz visível;
• Radiação ultravioleta;
• Radiação de raios-X;
• Radiação gama.

Interferência

Interferência- uma das manifestações mais brilhantes da natureza ondulatória da luz. Está associado à redistribuição da energia luminosa no espaço quando o chamado coerente ondas, isto é, ondas com a mesma frequência e uma diferença de fase constante. A intensidade da luz na região de sobreposição do feixe tem o caráter de alternar bandas claras e escuras, sendo a intensidade maior nos máximos e menor que a soma das intensidades dos feixes nos mínimos. Ao usar luz branca, as franjas de interferência ficam coloridas em diferentes cores do espectro.

Para calcular a interferência, o conceito é usado comprimento do caminho óptico. Deixe a luz viajar a distância eu em um meio com indicação refrativa n. Em seguida, o comprimento do caminho óptico é calculado pela fórmula:

Para interferência, pelo menos dois feixes devem se sobrepor. Para eles é calculado diferença de caminho óptico(diferença de comprimento óptico) de acordo com a seguinte fórmula:

É este valor que determina o que acontece durante a interferência: um mínimo ou um máximo. Lembre-se do seguinte: máximo de interferência(faixa de luz) é observada naqueles pontos no espaço onde a seguinte condição é satisfeita:

No m= 0, um máximo de ordem zero é observado, em m= ±1 máximo de primeira ordem, e assim por diante. mínimo de interferência(faixa escura) é observada quando a seguinte condição é atendida:

A diferença de fase das oscilações neste caso é:

Com o primeiro número ímpar (um) haverá um mínimo da primeira ordem, com o segundo (três) haverá um mínimo da segunda ordem, etc. Não existe um mínimo de ordem zero.

Difração. Grade de difração

Difração A luz é chamada de fenômeno de desvio da luz da direção retilínea de propagação ao passar perto de obstáculos cujas dimensões são comparáveis ​​ao comprimento de onda da luz (curva da luz em torno de obstáculos). Como mostra a experiência, sob certas condições, a luz pode entrar na área da sombra geométrica (ou seja, estar onde não deveria estar). Se um obstáculo redondo estiver localizado no caminho de um feixe de luz paralelo (um disco redondo, uma bola ou um orifício redondo em uma tela opaca), então em uma tela localizada a uma distância suficientemente grande do obstáculo, padrão de difracção- um sistema de anéis claros e escuros alternados. Se o obstáculo for linear (fenda, rosca, borda da tela), um sistema de franjas de difração paralelas aparecerá na tela.

Redes de difração são estruturas periódicas gravadas por uma máquina divisora ​​especial na superfície de uma placa de vidro ou metal. Em boas grades, os traços paralelos entre si têm um comprimento de cerca de 10 cm e chegam a 2.000 traços por milímetro. Neste caso, o comprimento total da grade atinge 10 a 15 cm. A fabricação de tais grades requer o uso das mais altas tecnologias. Na prática, também são usadas grades mais grossas com 50 a 100 linhas por milímetro aplicadas na superfície do filme transparente.

Quando a luz é normalmente incidente em uma rede de difração, os máximos são observados em algumas direções (além da direção na qual a luz foi inicialmente incidente). Para ser observado máximo de interferência, a seguinte condição deve ser atendida:

Onde: dé o período de grade (ou constante) (a distância entre ranhuras adjacentes), mé um inteiro, que é chamado de ordem do máximo de difração. Nos pontos da tela para os quais esta condição é satisfeita, estão localizados os chamados máximos principais do padrão de difração.

Leis da óptica geométrica

óptica geométricaé um ramo da física que não leva em conta as propriedades ondulatórias da luz. As leis básicas da óptica geométrica eram conhecidas muito antes do estabelecimento da natureza física da luz.

Meio opticamente homogêneoé um meio em todo o volume do qual o índice de refração permanece inalterado.

A lei da propagação retilínea da luz: A luz viaja em linha reta em um meio opticamente homogêneo. Essa lei leva à ideia de um feixe de luz como uma linha geométrica ao longo da qual a luz se propaga. Deve-se notar que a lei da propagação retilínea da luz é violada e o conceito de feixe de luz perde seu significado se a luz passar por pequenos orifícios, cujas dimensões são comparáveis ​​ao comprimento de onda (neste caso, a difração é observada) .

Na interface entre dois meios transparentes, a luz pode ser parcialmente refletida de modo que parte da energia luminosa se propague após a reflexão em uma nova direção, e passe parcialmente pela interface e se propague no segundo meio.

Lei da reflexão da luz: os raios incidente e refletido, bem como a perpendicular à interface entre dois meios, restaurada no ponto de incidência do feixe, situam-se no mesmo plano (o plano de incidência). Ângulo de reflexão γ igual ao ângulo de incidência α . Observe que todos os ângulos na óptica são medidos perpendicularmente à interface entre dois meios.

Lei da refração da luz (lei de Snell): os feixes incidente e refratado, bem como a perpendicular à interface entre dois meios, restaurada no ponto de incidência do feixe, encontram-se no mesmo plano. A razão do seno do ângulo de incidência α ao seno do ângulo de refração β é um valor constante para dois meios dados, e é determinado pela expressão:

A lei da refração foi estabelecida experimentalmente pelo cientista holandês W. Snellius em 1621. Valor constante n 21 chamada índice de refração relativo segundo ambiente em relação ao primeiro. O índice de refração de um meio em relação ao vácuo é chamado índice de refração absoluto.

Um meio com um valor grande do índice absoluto é chamado de opticamente mais denso, e um meio com um valor menor é chamado de menos denso. Ao passar de um meio menos denso para um mais denso, o feixe “pressiona” contra a perpendicular, e ao passar de um mais denso para um menos denso, ele “se afasta” da perpendicular. O único caso em que o feixe não é refratado é se o ângulo de incidência for 0 (ou seja, os raios são perpendiculares à interface).

Quando a luz passa de um meio opticamente mais denso para um opticamente menos denso n 2 < n 1 (por exemplo, do vidro para o ar) pode ser observado fenômeno de reflexão interna total, ou seja, o desaparecimento do feixe refratado. Este fenômeno é observado em ângulos de incidência que excedem um certo ângulo crítico α pr, que se chama ângulo limite de reflexão interna total. Para o ângulo de incidência α = α pr, pecado β = 1 porque β = 90°, isso significa que o feixe refratado percorre a própria interface, enquanto, de acordo com a lei de Snell, a seguinte condição é satisfeita:

Assim que o ângulo de incidência se torna maior que o limite, o feixe refratado não mais apenas percorre a fronteira, mas não aparece, pois seu seno deve agora ser maior que a unidade, mas isso não pode ser.

lentes

Lente Um corpo transparente delimitado por duas superfícies esféricas é chamado. Se a espessura da própria lente for pequena em comparação com os raios de curvatura das superfícies esféricas, a lente é chamada de fino.

As lentes são reunião e espalhamento. Se o índice de refração da lente for maior que o do ambiente, a lente convergente é mais espessa no meio do que nas bordas, enquanto a lente divergente, ao contrário, é mais fina no meio. Se o índice de refração da lente for menor que o ambiente, o oposto é verdadeiro.

Uma linha reta que passa pelos centros de curvatura das superfícies esféricas é chamada de eixo óptico principal da lente. No caso de lentes finas, podemos supor aproximadamente que o eixo óptico principal intercepta a lente em um ponto, que é comumente chamado de centro óptico da lente. Um feixe de luz passa pelo centro óptico da lente sem se desviar de sua direção original. Todas as linhas que passam pelo centro óptico são chamadas eixos ópticos laterais.

Se um feixe de raios paralelo ao eixo óptico principal for direcionado para a lente, depois de passar pela lente, os raios (ou sua continuação) se reunirão em um ponto F, que é chamado foco principal da lente. Uma lente fina tem dois focos principais, localizados simetricamente em relação à lente no eixo óptico principal. Lentes convergentes têm focos reais, lentes divergentes têm focos imaginários. Distância entre o centro óptico da lente O e foco principal F chamado comprimento focal. É indicado pelo mesmo F.

Fórmula da lente

A principal propriedade das lentes é a capacidade de fornecer imagens de objetos. Imagem- este é o ponto no espaço onde os raios (ou suas continuações) se cruzam, emitidos pela fonte após a refração na lente. As imagens são direto e de cabeça para baixo, válido(os feixes se cruzam) e imaginário(as continuações dos raios se cruzam), ampliado e reduzido.

A posição da imagem e sua natureza podem ser determinadas usando construções geométricas. Para fazer isso, use as propriedades de alguns raios padrão, cujo curso é conhecido. São raios que passam pelo centro óptico ou um dos focos da lente, bem como raios paralelos ao eixo óptico principal ou a um dos eixos ópticos secundários.

Para simplificar, você pode lembrar que a imagem de um ponto será um ponto. A imagem de um ponto situado no eixo óptico principal encontra-se no eixo óptico principal. A imagem de um segmento é um segmento. Se o segmento é perpendicular ao eixo óptico principal, então sua imagem é perpendicular ao eixo óptico principal. Mas se o segmento estiver inclinado em relação ao eixo óptico principal em um determinado ângulo, sua imagem já será inclinada em outro ângulo.

As imagens também podem ser calculadas usando fórmulas de lentes finas. Se a distância mais curta do objeto à lente é denotada por d, e a distância mais curta da lente até a imagem através f, então a fórmula da lente fina pode ser escrita como:

O valor que D recíproca da distância focal. chamado potência óptica da lente. A unidade de potência óptica é 1 dioptria (D). Dioptria é a potência óptica de uma lente com uma distância focal de 1 m.

É costume atribuir certos sinais às distâncias focais das lentes: para uma lente convergente F> 0, para dispersão F < 0. Оптическая сила рассеивающей линзы также отрицательна.

Quantidades d e f também obedecem a uma certa regra de sinais: f> 0 – para imagens reais; f < 0 – для мнимых изображений. Перед d o sinal “–” é colocado apenas no caso em que um feixe convergente de raios cai sobre a lente. Então eles são estendidos mentalmente até a interseção atrás da lente, uma fonte de luz imaginária é colocada lá e a distância é determinada para ela d.

Dependendo da posição do objeto em relação à lente, as dimensões lineares da imagem mudam. Zoom linear lentes Γ chamada de razão das dimensões lineares da imagem e do objeto. Existe uma fórmula para a ampliação linear de uma lente:

Em muitos instrumentos ópticos, a luz passa sequencialmente através de duas ou mais lentes. A imagem do objeto dada pela primeira lente serve de objeto (real ou imaginário) para a segunda lente, que constrói a segunda imagem do objeto, e assim sucessivamente.

Aprenda todas as fórmulas e leis da física e fórmulas e métodos da matemática. Na verdade, também é muito simples fazer isso, existem apenas cerca de 200 fórmulas necessárias em física e até um pouco menos em matemática. Em cada uma dessas disciplinas existem cerca de uma dezena de métodos padronizados para resolução de problemas de nível básico de complexidade, que também podem ser aprendidos e, assim, de forma totalmente automática e sem dificuldade, resolver a maior parte da transformação digital no momento certo. Depois disso, você só terá que pensar nas tarefas mais difíceis.

Participe de todas as três etapas do teste de ensaio em física e matemática. Cada RT pode ser visitado duas vezes para resolver ambas as opções. Novamente, no DT, além da capacidade de resolver problemas de forma rápida e eficiente, e o conhecimento de fórmulas e métodos, também é necessário planejar adequadamente o tempo, distribuir forças e, o mais importante, preencher corretamente o formulário de resposta , sem confundir os números de respostas e tarefas, ou seu próprio sobrenome. Além disso, durante a TR, é importante se acostumar com o estilo de fazer perguntas nas tarefas, o que pode parecer muito incomum para uma pessoa despreparada na DT.

A implementação bem sucedida, diligente e responsável destes três pontos, bem como o estudo responsável das provas finais de treino, permitir-lhe-ão apresentar um excelente resultado no CT, o máximo do que é capaz.

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