Optika ir šviesa

1 Optika yra mokslas apie fizinius, t. y. gamtos, reiškinius, susijusius su trumpųjų elektromagnetinių bangų kurių ilgis (10-4 -10-9) m, sklidimu ir sąveika su medžiaga. Pradžioje optika tyrė tik regimosios spektro srities (360nm-750nm) elektromagnetines bangas. Šiuolaikinė optika tiria plačią šių bangų spektro sritį: be regimosios, ultravioletinę (įskaitant ir minkštuosius rentgeno spindulius) bei infraraudonąją sritį iki milimetrinių radijo bangų. Optika nuo kitų fizikos šakų, susijusių su elektromagnetinių bangų spinduliavimu, skiriasi ne tiek nagrinėjamų bangų ilgių ruožu, kiek savitais tyrimo metodais. Ji nagrinėja šviesos sklidimą įvairiose terpėse, šviesos spinduliavimo ir sugėrimo dėsnius, taip pat šviesos poveikį medžiagai. Banginė šviesos prigimtis aptikta anksčiau, negu nustatytas faktas, kad šviesa yra elektromagnetinė spinduliuotė. Iš tikrųjų, daugelis reiškinių sklindant šviesai gali būti paaiškinti tik skersinių bangų įvaizdžiais nepaisant jų elektromagnetinės prigimties. Tokius reiškinius — šviesos difrakciją, interferenciją, poliarizaciją — tiria banginė optika. Kitokie įvaizdžiai sudaro geometrinės optikos pagrindą. Hamoniniai virpesiai yra periodiniai fizikinio dydžio kitimai per laiką sinuso (arba kosinuso) dėsniu. Bangos lygtys: E=Emsin(wt), E=Emcos(wt), Em-amplitudė, w-kampinis dažnis; w=2πν=2π/T; Monochromatinė banga išreiškiama tokia periodine funkcija, kurios periodas, amplitudė ir pradinė fazė nekinta laiko atžvilgiu. Superpozicijos principas yra fizikinė hipotezė, pagal kurią, šviesos bangos trikdys, susidarantis kuriame nors taške tam tikru laiko momentu pereinant kelioms bangoms, lygus atskirų bangų trikdžių algebrinei sumai. S=S1+S2+S3+…+Sn, čia S1, S2, S3, Sn- atskirų bangų sukelti trikdžiai tam tikru laiko momentu. Furje teorma – nesinusinės formos bangą visuomet galima išreikšti harmoninių bangų suma. Elektrinis dipolis yra sistema, sudaryta iš dviejų vienodo didumo ir priešingo ženklo krūvininkų q, tarp kurių atstumas r. Pagrindinė dipolio charakteristika yra elektrinis dipolinis momentas p=q\r. Kintant atstumui ir krūviams kinta dipolinis momentas. Jei dipolio krūvininkai harmoningai virpa išilgai ašies, tokia sistema vadinama tiesiniu osciliatoriumi. Jo momentas p=p0coswt. Vakuume elektromagnetinis trikdys į visas puses nuo dipolio sklinda vienodu greičiu c. tai dipolio skleidžiama banga yra sferinė. Didžiausias spinduliavimas statmenai kryptimi, lygiagrečiai spinduliuoti negali, jis lygus nuliui. Elektromagnetinės bangos susidaro tuo atveju, kai elektros krūvis juda su pagreičiu. Jo sukurtas kintamasis elektrinis laukas dėl indukcijos sukuria kintamąjį magnetinį lanką. Šie sukuria kintamąjį elektrinį lauką ir t.t. Tad kur nors erdvėje susidaręs elektromagnetinis laukas sklinda iš vieno erdvės taško į kitą tam tikru greičiu (turime elektromagnetinę bangą). Elektromagnetinis laukas apibūdinamas dviem stiprumo vektoriais E irH. E=E0sin(wt±kx) tai plokščios monochromatinės bangos bangos lygtis. 2 Sklisdama šviesos banga perneša energiją. Elektrinio lauko energija lygi magnetinio lauko energijai. W=∫veeoE2dV=∫vμμoH2dV. Šviesos slėgis turi didelę reikšmę aukštų energijų fizikoje bei astrofiziniuose reiškiniuose, turi įtakos dirbtinių palydovų trajektorijoms. Slėgis yra tiesiog proporcingas bangos elektromagnetinio lauko energijos tūriniam tankiui w. p=S/c- kai statmenai krinta į vienetinio ploto paviršių. Kai šviesa iš dalies atspindi- ρ=w(1+R)cos2i, R-atspindžio koefic. i-kampas tarp kritimo krypties. Šviesos spindulys gali turėti judesio kiekio momentą, šią savybę turi apskritai arba elipsiškai poliarizuota šviesa. L=r*mv. Dar judesio kiekio momentas gali būti išreiškiamas L=mv2w1/w, w1 – kampinio greičio vienetinis vektorius. Kai bangos ilgis λ daug kartų mažesnis už paviršiaus linijinius matmenis d, vienalytėje aplinkoje šviesa sklinda tiesiai. 3 Šviesa, kurios elektrinio ir magnetinių laukų vektorių kryptys netvarkingai kinta erdvėje, vadinama nepoliarizuota šviesa. Šviesai praeinant skaidrius kūnus, gali atsitikti taip kad iš visų vienodai tikėtinų elektrinių lauko orientacijų gali išlikti tik viena arba elektrinio lauko vektorius gali būti sukurtas, tokia šviesa yra vad. poliarizuota. Elektromagnetinės bangos poliarizacija – tai ašinės simetrijos kitimas bangos sklidimo krypties atžvilgiu. Tai pasireiškia lauko stiprio E arba magnetinio lauko H. jeigu elektrinio lauko vektoriau galas plokštumoje, statmenoje šviesos sklidimo krypčiai, brėžia tiesę, tai šviesa yra tiesiškai poliarizuota. Tarkime, kad viena kryptimi sklinda dvi tarpusavyje statmenose plokštumose tiesiai poliarizuotos monochromatinės bangos: Ex=E10sin(ώt-kz); Ey=E20sin(ώt-kz+δ). čia δ -pradinis virpesių fazių skirtumas, k—bangos skaičius. Dėl superpozicijos E=Ex+Ey . E2x/E210+ E2y/E220-2 E2x E2y /E210 E220cos δ= sinδ. Sumuojant dvi statmenas tarpusavy bangas: kai fazių skirtumas tarp jų δ=π/2+mπ (m=0,1,2) sukuriama atstatomoji elipsiškai poliarizuota banga. Kai E10=E20, elipsė tampa apskritimu, kurio lygtis nusako apskritai poliarizuotą šviesą. Atstojamojo vektoriaus galas E galas juda tiese. Tai tiesiai poliarizuota banga atsiranda dėl apskritai poliarizuotų bangų supperpozicijos. .4 Fotometrija – tai optikos šaka, kuri nagrinėja šviesos bangų pernešamos energijos matavimą. Visi fotometriniai dydžiai turi energetinius ir fotometrinius martavimo vienetus, taip yra todėl, kad kai kurie imtuvai reaguoja ne tik į pernešamą energiją, bet ir spektrinę sudėtį. Fotometriniai dydžiai: Spinduliuotės srautas yra energijos kiekis, kurį elektromagnetinė banga perneša per vienetinę trukmę pro kurį nors paviršiaus plotą: ф=dW/dt (matuojamas galios vienetais — vatais). Stipris yra lygus srautui kintančiam vienetiniame erdviniame kampe: I=dф/dΩ, jeigu šviesos šaltinis, visomis kryptimis spinduliuoja tolygiai, tai ryšys tarp matuotojo ф=4πI (stipris matuojamas vatais steradianui (W/sr)). Energinis skaistis L yra spinduliuotės stipris, tenkantis šaltinio paviršiaus projekcijos į plokštumą, statmeną spinduliuotės sklidimo krypčiai, vienetiniam plotui: L=dI/dσcosφdΩ (skaistis matuojamas vatais steradianui kvadratiniam metrui (W/sr*m2). Energinė apšvieta E – parodo koks srautas tenka apšviečiamo paviršiaus paviršiaus ploto vienetui: E= dф/σ, Jei erdvėje yra laisvai orientuotas plotelis σ - atstumu r nuo spinduolio tai jis matomas erdviniu kampu: σ=r2dΩ/cosα (α- kampas tarp spindulių krypties ir normalės n i plotelį. Šio paviršiaus apšvieta: E=Icosα/r2; Apšvieta matuojama vatais kvadratiniam metrui (W/m2). - matomumo kreivė; Vλ- akies santykinis jautrumas. 5. Dispersija – yra vad. reiškinys, kai bangos sklidimo greitis terpėje priklauso nuo bangos dažnio. Sąryšis tarp medžiagos lūžio rodiklio n, dielektrinės skvarbos e ir magnetinės skvarbos μ reiškiamas taip: n=√με; Lūžio rodiklis parodo kiek kartų sumažėja šviesos greitis terpėje lyginant su vakuume. Šviesos dispersija būdinga visoms terpėms. Tik vakuume šviesos greitis nepriklauso nuo bangos ilgio λ. Niutonas pasakė, kad baltai šviesai praeinant pro prizmę šviesa skyla į 7 dalis: raud, oran, gelt, žalia, žydr, mėl, viol. Kad aprašyti dispersijos reiškinį yra sukurta elektroninė dispersijos teorija. Ji gerai tinka skysčiams, dujoms ir kietiems kūnams. Norint gauti n ir λ sąryšį, tai reikia nustatyti εЄώ. Tai n=√ε, μ=1. pagal elektroninė dispersijos teoriją elektronai dielektriko atomuose ir molekulėse yra pusiausvyros būsenos. Veikiant išoriniam laukui jie paslenka iš pusiausvyros padėties atstumu r, dėl to atomas tampa elektriniu dipoliu ir įgyja dipolinį momentą p=er e-krūvis, r-petis. Priverstinė jėga: Fe=eE; Priverstiniai elektronų virpesiai atsiranda nuo terpėje sklindančios šviesos bangos poveikio. Tai yra šviesos elektrinio lauko kuriama jėga, kadangi elektrinis laukas yra kintamas, tai taip pat ši jėga kinta. Kitimo dėsnis: E=E0exp(iwt) arba E=E0sin(wt). Laikančioji jėga: F=fr; f-kvazielastinis ryšio koeficientas, r-deformacija. Stabtančioji jėga: Fg=-gdr/dt; g-proporcingumo koefic. Lūžio rodiklio priklausomybė nuo dažnio: n2=ε=1+(N(e2/m)/(w02-w2)+iγw) Normalioji disp: kai w0=w, tai n=±8 toks atvejis fizinės prasmės neturi. Normalioji dispersija. Lūžio rodiklis didėja didėjant dažniui yra vad. anomaliąja dispersija. Šviesai sklindant skaidriais kūnais, jos intensyvumas mažėja, dėl absorbcijos ir sklaidos. Tarkime šviesos intensyvumas z=0 yra I0. Praėjus atstumą z šviesos intensyvumas sumažėjo iki I. Praėjus sluoksnį z+dz, lygus I-dI. Dydis dI yra sluoksnio dz sugertas šviesos srautas. I=I0exp(-kz) tai yra Bugerio dėsnis, k-silpimo koefic. Tirdamas tirpalus nustatė, kad sugertiems koef. kλ proporcingas tirpalo koncentracijai c. kλ=αλc; Iλ=I0λexp(αλcz) αλ-vienetinis koncentracijos sugertiems koef. Šviesos sugertis kiekybiškai įvertinama sugertiems koeficientu, kuris priklauso nuo medžiagos prigimties, agregatinės būsenos, koncentracijos, temperatūros, ir nuo su medžiaga sąveikaujančios šviesos bangos ilgio. 6. Krintant šviesai į dviejų aplinkų sandūrą vyksta 2 reiškiniai: atspindys ir lūžimas. Atspindys: veidrodinis, kada paviršiaus nelygumai mažesni už bangos ilgį, tai atspindėtas pluoštas yra neišskaidomas. Difuzinis, kai paviršiaus nelygumai didesni už bangos ilgį, tai bangos atspindys yra išsklaidomas. Iš Hiugenso principo galima gauti šviesos atspindžio ir lūžio dėsnius: kiekvienas taškas, į kurį atėjo banga, yra antrinių bangų, sklindančių į visas puses, šaltinis. Atstojamoji banga yra antrinių bangų superpozicijos rezultatas. Lūžusios ir krintančios bangų fazės vienodos. Kitaip yra atspindėjusių bangų fazių skirtumais. Kintant kritimo kampui kinta ne tik atspindėjusios bangos intensyvumas ir poliarizacija, bet ir bangos fazė. Taigi atspind bangos statmenosios dedamosios fazė pakinta dydžiu π visoms φ vertėms, o lygegreč dedam fazė pakinta π, kai φ2f, atvaizdas susidaro apverstas ir realus. Kai daiktas stovi atstumu f

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!