البصريات الفيزيائية مقابل. البصريات الهندسية: التعريف والاختلافات

يسمح لنا فهم كل من البصريات الهندسية والفيزيائية بدراسة الظواهر الناتجة عن كل من الجوانب الجسيمية والموجية للضوء.

ينتقل الضوء عبر الفضاء كموجات كهرومغناطيسية و كجزيئات. نتيجة لهذا ازدواجية موجة الجسيمات، عندما يعمل الفيزيائيون مع البصريات (دراسة الضوء) ، يجب أن يفكروا في انتشار الضوء بإحدى طريقتين ، اعتمادًا على التطبيق.

عند التفكير في خصائص الضوء مثل التداخل أو الاستقطاب أو اللون ، فإن وصف الضوء على أنه جبهات موجة عرضية هو السبيل للذهاب. ولكن عند بناء تلسكوب أو عدسة تصحيحية وتحديد كيفية انعكاس الضوء وانكساره و الإرسال ، أفضل خيار هو التفكير في الضوء على أنه شعاع من الجسيمات تتحرك في خطوط مستقيمة تسمى أشعة.

تستخدم دراسة البصريات الفيزيائية الطبيعة الموجية للضوء لفهم هذه الظواهر مثل أنماط التداخل التي تسببها موجات الضوء التي تمر عبر حواجز شبكية الحيود والطيف. انطلقت البصريات الفيزيائية كمجال في القرن التاسع عشر بعد عدة اكتشافات رئيسية ، بما في ذلك وجود ضوء خارج الطيف المرئي للسير فريدريك ويليام هيرشل.

في علم البصريات الفيزيائي ، يتم تمثيل الضوء كواجهة موجة عرضية ، مثل الجيبية أو "منحنى S" الذي يصف أيضًا موجة تنتقل عبر الماء مع قمم وقيعان (عالية و النقاط المنخفضة). مع هذا النموذج ، تتبع موجات الضوء نفس القواعد التي تتبعها الموجات المستعرضة الأخرى - تردداتها وأطوالها الموجية هي كذلك متناسب عكسيًا بسبب معادلة سرعة الموجة ، وتتداخل جبهات الموجة مع بعضها البعض حيث تتداخل تتقاطع.

على سبيل المثال ، قمتان (نقاط عالية) أو قاعان (نقاط منخفضة) تتداخلان بناء، مما يجعل القمة الإجمالية أعلى أو القاع الكلي للأسفل ، على التوالي. عندما تلتقي جبهات الموجة خارج الطور - قمة وحوض معًا - تتداخل بشكل مدمر، إما بإلغاء بعضها البعض كليًا أو جزئيًا.

يعتبر التفكير في الضوء كموجة أيضًا مفتاحًا لفهم الاختلافات بين أنواع الضوء في الكهرومغناطيسية الطيف ، مثل الفرق بين الراديو والأشعة المرئية والأشعة السينية ، حيث يتم تصنيف هذه الأنواع حسب موجاتها الخصائص. هذا يعني أيضًا أن معالجة الضوء كموجة أمر مهم في البصريات الفيزيائية للون ، حيث أن هذه مجموعة فرعية من الجزء المرئي من الطيف.

في علم البصريات الهندسية ، يستخدم الفيزيائيون الطبيعة الجسيمية للضوء لتمثيل مساره في خطوط مستقيمة تعرف بالأشعة. تم استخدام البصريات الهندسية لفترة أطول بكثير من البصريات المادية ، حيث تعلم الناس كيفية تصميم الأجهزة ثني الضوء وتركيزه لأغراض مثل صنع التلسكوبات والعدسات التصحيحية قبل أن يفهموا ما هو الضوء كنت. بحلول عام 1600 ، أصبح طحن العدسات بغرض مساعدة الرؤية البشرية أمرًا شائعًا.

يتم رسم أشعة الضوء كخطوط مستقيمة تنبعث من مصدر الضوء وتشير إلى الاتجاه الذي ينتقل إليه الضوء. يستخدم الرسم البياني الشعاعي لإظهار مسارات العديد من أشعة الضوء التمثيلية أثناء انعكاسها وانكسارها ونقلها من خلالها مواد مختلفة من أجل تحديد قياسات مثل البعد البؤري وحجم واتجاه الناتج صورة.

من خلال تتبع مسارات أشعة الضوء ، يمكن للفيزيائيين فهم الأنظمة البصرية بشكل أفضل بما في ذلك تكوين الصورة في العدسات الرقيقة والمرايا المستوية والألياف الضوئية والأدوات البصرية الأخرى. نظرًا لتاريخها الطويل كمجال ، أدت البصريات الهندسية إلى العديد من القوانين المعروفة حول كيفية الضوء الارتداد والانحناء ، ربما يكون أشهرها قانون الانكسار (قانون سنيل) وقانون الانعكاس.