Valon ymmärtäminen antaa meille mahdollisuuden ymmärtää, miten näemme, havaitsemme värin ja jopa korjaamme näkömme linsseillä. Kenttäoptiikkaviittaa valon tutkimiseen.
Mikä on valo?
Jokapäiväisessä puheessa sana "valo" tarkoittaa usein todellanäkyvä valo, joka on ihmissilmän havaitsema tyyppi. Valoa tulee kuitenkin monissa muissa muodoissa, joista valtaosa ihmisistä ei näe.
Kaiken valon lähde on sähkömagneetti, avaruutta läpäisevien sähkö- ja magneettikenttien vuorovaikutus.Valoaallotovat eräänlainenelektromagneettinen säteily; ehdot ovat keskenään vaihdettavissa. Erityisesti sähkömagneettiset aallot ovat itsestään eteneviä värähtelyjä sähkö- ja magneettikentissä.
Toisin sanoen valo on värähtely sähkömagneettisessa kentässä. Se kulkee avaruuden läpi aaltona.
Vinkkejä
Valon nopeus tyhjiössä on 3 × 108 m / s, nopein nopeus maailmankaikkeudessa!
Se on olemassaolomme ainutlaatuinen ja outo piirre, että mikään ei kulje valoa nopeammin. Ja vaikka kaikki valo, riippumatta siitä, onko se näkyvissä vai ei, kulkee samalla nopeudella, kun se kohtaaa
asia, se hidastuu. Koska valo on vuorovaikutuksessa aineen kanssa (jota ei ole tyhjiössä), mitä tiheämpi aine on, sitä hitaammin se kulkee.Valon vuorovaikutus aineen kanssa viittaa toiseen sen tärkeään ominaisuuteen: hiukkasluonteeseen. Yksi maailmankaikkeuden kummallisimmista ilmiöistä valo on itse asiassa kaksi asiaa kerralla: aalto ja hiukkanen. Tämäaaltopartikkelien kaksinaisuustekee valon tutkimisesta jonkin verran riippuvaisen kontekstista.
Toisinaan fyysikoiden mielestä on eniten hyötyä ajatella valoa aalloksi, soveltamalla siihen paljon samaa matematiikkaa ja ominaisuuksia, jotka kuvaavat ääniaaltoja ja muita mekaanisia aaltoja. Muissa tapauksissa valon mallintaminen hiukkasena on tarkoituksenmukaisempaa, esimerkiksi kun otetaan huomioon sen suhde atomienergiatasoihin tai polku, jonka se kuljettaa heijastessaan peilistä.
Sähkömagneettinen spektri
Jos kaikki valo, näkyvä tai ei, on teknisesti sama asia - sähkömagneettinen säteily - mikä erottaa tyypin toisesta? Sen aalto-ominaisuudet.
Sähkömagneettiset aallot esiintyvät eri aallonpituuksilla ja taajuuksilla. Aallona valon nopeus seuraa aallon nopeuden yhtälöä, jossa nopeus on yhtä suuri kuin aallonpituuden ja taajuuden tulo:
v- \ lambda f
Tässä yhtälössävon aallon nopeus metreinä sekunnissa (m / s),λon aallonpituus metreinä (m) jafon taajuus hertseinä (Hz).
Valon tapauksessa tämä voidaan kirjoittaa muuttujallacvalon nopeudelle tyhjiössä:
c = \ lambda f
Vinkkejä
con erityinen muuttuja, joka edustaa valon nopeutta tyhjiössä. Muissa väliaineissa (materiaaleissa) valon nopeus voidaan ilmaista murto-osanac.
Tämä suhde tarkoittaa, että valolla voi olla mikä tahansa aallonpituuden tai taajuuden yhdistelmä, kunhan arvot ovat kääntäen verrannollisia ja niiden tulo on yhtä suuric. Toisin sanoen valolla voi olla asuuritaajuus ja apieniaallonpituudella tai päinvastoin.
Eri aallonpituuksilla ja taajuuksilla valolla on erilaiset ominaisuudet. Joten tutkijat ovat jakaneet sähkömagneettisen spektrin segmentteihin, jotka edustavat näitä ominaisuuksia. Esimerkiksi erittäin korkeat sähkömagneettisen säteilyn taajuudet, kuten ultraviolettisäteet, röntgensäteet tai gammasäteet, ovat hyvin energisiä - riittävät tunkeutumaan kehon kudoksiin ja vahingoittamaan niitä. Toisilla, kuten radioaalloilla, on hyvin matalat taajuudet, mutta suuret aallonpituudet, ja ne kulkevat koko ajan esteettömästi kappaleiden läpi. (Kyllä, radiosignaali, joka kuljettaa suosikki DJ-kappaleitasi ilmassa laitteeseesi, on eräänlainen sähkömagneettinen säteily - valo!)
Sähkömagneettisen säteilyn muodot pitemmiltä aallonpituuksilta / matalammilta taajuuksilta / matalalta energialta lyhyemmille aallonpituuksilta / suuremmilla taajuuksilla / suurella energialla ovat:
- Radioaallot
- Mikroaallot
- Infrapuna-aallot
- Näkyvä valo
- Ultraviolettivaloa
- Röntgensäteet
- Gammasäteet
[lisää kaavio EM-spektristä]
Näkyvä spektri
Näkyvän valon spektri kattaa aallonpituudet 380-750 nanometriä (1 nanometri on 10-9 metriä - miljardin metri tai noin vetyatomin halkaisija). Tämä osa sähkömagneettisesta spektristä sisältää kaikki sateenkaaren värit - punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, indigo ja violetti -, jotka näkyvät silmälle.
[Liitä mukaan kaavio, jossa näkyy näkyvän spektrin puhallus]
Koska punaisella on näkyvien värien pisin aallonpituus, sillä on myös pienin taajuus ja siten pienin energia. Bluesin ja violettien kohdalla päinvastoin. Koska värien energia ei ole sama, ei niiden lämpötila. Itse asiassa näiden lämpötilaerojen mittaaminen näkyvässä valossa johti muun valon olemassaolon havaitsemiseennäkymätönihmisille.
Sir Frederick William Herschel suunnitteli vuonna 1800 kokeen mittaamaan lämpötilan eroa eri auringonvalon väreissä, jotka hän erotti käyttämällä prismaa. Vaikka hän todellakin löysi eri lämpötilat eri värialueilla, hän oli yllättynyt nähdessään kuumin kaikkien lämpömittariin tallennettujen lämpötilojen lämpötila aivan punaisen takana, jossa valoa ei näyttänyt olevan kaikki. Tämä oli ensimmäinen todiste siitä, että valoa oli enemmän kuin ihmiset näkivät. Hän nimitti tämän alueen valoninfrapuna, joka tarkoittaa suoraan "punaisen alapuolella".
Valkoinen valo, yleensä se, mitä tavallinen lamppu antaa, on yhdistelmä kaikkia värejä. Musta sitä vastoin onpoissaolomitään valoa - ei oikeastaan väri ollenkaan!
Aaltorintamat ja säteet
Optiikan insinöörit ja tutkijat ottavat valon huomioon kahdella eri tavalla määritellessään, kuinka se palautuu, yhdistyy ja keskittyy. Molempia kuvauksia tarvitaan ennustamaan valon lopullinen voimakkuus ja sijainti, kun se keskittyy linssien tai peilien läpi.
Yhdessä tapauksessa optikot katsovat valoa sarjanapoikittaiset aaltorintamat, jotka toistavat sinimuotoisia tai S-muotoisia aaltoja harjoilla ja kaukaloilla. Tämä onfyysinen optiikkalähestymistapaa, koska se käyttää valon aaltoluonnetta ymmärtääkseen, kuinka valo on vuorovaikutuksessa itsensä ja johtaa häiriökuvioihin, samalla tavalla kuin aallot vedessä voivat voimistaa tai kumota yhden toinen ulos.
Fyysinen optiikka alkoi vuoden 1801 jälkeen, kun Thomas Young löysi valon aalto-ominaisuudet. Se auttaa selittämään sellaisten optisten instrumenttien toimintaa kuin diffraktioristikot, jotka erottavat valonspektri komponenttikomponenttiensa aallonpituuksiin ja polarisointilinssit, jotka estävät tiettyjä aallonpituudet.
Toinen tapa ajatella valoa on kuinsäde, palkki, joka seuraa suoraviivaisesti. Säde piirretään suorana viivana, joka lähtee valonlähteestä ja osoittaa valon kulkusuunnan. Valon ilmaiseminen säteenä on hyödyllistägeometrinen optiikka, joka liittyy enemmän valon hiukkasten luonteeseen.
Sädekaavioiden piirtäminen, joka osoittaa valon polun, on kriittinen suunniteltaessa sellaisia valoa kohdentavia työkaluja kuin linssit, prismat, mikroskoopit, teleskoopit ja kamerat. Geometrinen optiikka on ollut olemassa kauemmin kuin fyysinen optiikka - vuoteen 1600 mennessä, Sir Isaac Newtonin aikakautena, näön korjaavat linssit olivat yleisiä.