С понятием «оптика» многие связывают оптические приборы: очки, бинокли, микроскопы и их части, например, в фототехнике. Это на уровне потребителя. Для разработки этих и иных устройств нужен массив знаний в разных областях. Рассмотрим основные понятия и формулы раздела физики «Оптика». Они помогут быстро освежить знания перед экзаменом или контрольной работой.
Что такое оптика в физике
Оптикой называется раздел физики:
- изучающий связанные с видимым для человеческого глаза спектром электромагнитных волн и сопряжённых с ним (инфракрасное и рентгеновское излучения);
- объясняющий появление, распространение света, эффекты и явления, связанные с ним.
В переводе с греческого – это наука о зрительных восприятиях.
Различают пару оптических моделей:
- геометрическую – свет представляется в виде пучка лучей, передвигаемых по прямой и изгибаемых вследствие обхода препятствий;
- физическую – рассматривает видимое излучение как электромагнитную волну, обладающую дифракцией и интерференцией, также демонстрирующую корпускулярные свойства.
Развившаяся в XX веке квантовая оптика объясняет свет с точки зрения квантовой механики.
Оптика: все формулы и основные понятия
При изучении видимых электромагнитных волн следует знать и помнить несколько законов, правил, принципов, на которых базируется наука.
Основные формулы оптики по физике:
Коэффициент преломления | n = c : v
|
Закон преломления электромагнитных волн | n12 = n1 : n2
|
Закон преломления волн | sin sin i : sin sin r = n12
|
Тонкая линза в воздухе |
|
Сила линзы |
|
Оптическая длина пути | Lопт = L * n12 |
Оптическая разность хода | Δ = |L1n1 – L2n2| |
Интерференционный максимум | dsinφ = mλ
|
Разрешение дифракционной решетки | |
Дисперсия среды | ![]() |
Теоретические основы оптики в физике без формул
Свет – видимая человеческим глазом часть спектра электромагнитных волн длиной ~400-760 нм. Более длинные волны называются инфракрасными, короткие – ультрафиолетовыми. Вследствие распространения света возникают потоки электромагнитной энергии, что применяется для передачи данных в оптоволоконных системах связи. Свет может вести себя как электромагнитная волна и как элементарная частица – корпускула.
Геометрическая оптика
Основной постулат – свет на границе перехода между средами частично отражается и преломляется, причём угол отражения луча равняется углу падения. Основа геометрической оптики представлена:
- Приближением – рассматриваются лучи, идущие под малыми углами к основной оптической оси.
- Отражением: зеркальным – когда формируется зеркальная картина, блестят поверхности и диффузионным – отражение не глянцевыми поверхностями.
- Преломлением – преодоление светом области перехода между средами с разным коэффициентом преломления.
- Линзами – оптическими устройствами, которые создают расходящиеся либо сходящиеся лучи.
Физическая оптика
Раздел базируется на распространении света в виде волны, а не потока частиц.
- Интерференция – при наложении когерентных волн наблюдается перераспределение светового потока с появлением максимумов и минимумов интенсивности.
- Дифракция – процесс огибания волнами встречающихся на пути преград.
- Дисперсия – зависимости коэффициента преломления от длины волны. Следствие дисперсии – разложение белого света на составляющие при прохождении через призму.
- Эффект Доплера – при удалении источника и приемника излучения наблюдается красное смещение – сдвиг колебаний в область с пониженной частотой.
- Поляризация – явление, когда направления колебания вектора света упорядочено определённым образом.
- Двойное лучепреломление – раздвоение луча определёнными кристаллами, например, шпата.
На стыке оптики создан десяток наук, таких как: оптоэлектроника, фотоника, нанофотоника, биооптика и прочие.
Как вы считаете, материал был полезен?