Une compréhension à la fois de l'optique géométrique et physique nous permet d'étudier les phénomènes résultant à la fois des aspects particulaires et ondulatoires de la lumière.
Propriétés de la lumière
La lumière voyage dans l'espace sous forme d'ondes électromagnétiques et en tant que particules. À la suite de cela dualité particule-onde, lorsque les physiciens travaillent avec l'optique (l'étude de la lumière), ils doivent penser à la propagation de la lumière de deux manières, selon l'application.
Lorsque l'on pense à des caractéristiques de la lumière telles que les interférences, la polarisation ou la couleur, décrire la lumière comme des fronts d'ondes transversaux est la voie à suivre. Mais lors de la construction d'un télescope ou d'une lentille correctrice et de la détermination de la façon dont la lumière se reflétera, se réfractera et transmettre, la meilleure option est de considérer la lumière comme un faisceau de particules se déplaçant en lignes droites appelées des rayons.
L'optique ondulatoire et la théorie ondulatoire de la lumière
L'étude de l'optique physique utilise la nature ondulatoire de la lumière pour comprendre des phénomènes tels que les modèles d'interférence causés par les ondes lumineuses traversant les réseaux de diffraction et la spectroscopie. L'optique physique a pris son essor dans les années 1800 après plusieurs découvertes clés, notamment l'existence de lumière en dehors du spectre visible par Sir Frederick William Herschel.
En optique physique, la lumière est représentée comme un front d'onde transversal, comme le front sinusoïdal ou « courbe en S » qui décrit également une vague se déplaçant dans l'eau avec des crêtes et des creux (haute et points bas). Avec ce modèle, les ondes lumineuses suivent les mêmes règles que les autres ondes transversales - leurs fréquences et longueurs d'onde sont inversement proportionnelle en raison de l'équation de la vitesse des vagues, et les fronts d'onde interfèrent les uns avec les autres où ils couper.
Par exemple, deux crêtes (points hauts) ou deux creux (points bas) qui se chevauchent interfèrent de manière constructive, rendant la crête globale plus élevée ou le creux global plus bas, respectivement. Là où les fronts d'onde se rencontrent hors de phase - une crête et un creux ensemble - ils interfèrent de manière destructive, s'annulant totalement ou partiellement.
Considérer la lumière comme une onde est également essentiel pour comprendre les différences entre les types de lumière dans le domaine électromagnétique. spectre, comme la différence entre les rayons radio, visibles et X, puisque ces types sont classés par leur onde Propriétés. Cela signifie également que le traitement de la lumière comme une onde est important dans l'optique physique de la couleur, car il s'agit d'un sous-ensemble de la partie visible du spectre.
Optique géométrique et lancer de rayons
En optique géométrique, les physiciens utilisent la nature particulaire de la lumière pour représenter sa trajectoire en lignes droites appelées rayons. L'optique géométrique est utilisée depuis bien plus longtemps que l'optique physique, car les gens avaient appris à concevoir des appareils qui plier et focaliser la lumière à des fins telles que la fabrication de télescopes et de verres correcteurs bien avant de comprendre quelle lumière a été. En 1600, le meulage des lentilles dans le but d'aider la vision humaine était monnaie courante.
Les rayons lumineux sont tracés sous forme de lignes droites émanant d'une source lumineuse et indiquant la direction dans laquelle se déplace la lumière. Un diagramme de rayons est utilisé pour montrer les chemins de plusieurs rayons lumineux représentatifs lorsqu'ils se réfléchissent, se réfractent et se transmettent à travers différents matériaux afin de déterminer des mesures telles que la distance focale et la taille et l'orientation de la résultante image.
En traçant les trajets des rayons lumineux, les physiciens peuvent mieux comprendre les systèmes optiques, y compris la formation d'images dans des lentilles minces et des miroirs plans, des fibres optiques et d'autres instruments optiques. Compte tenu de sa longue histoire en tant que domaine, l'optique géométrique a conduit à plusieurs lois bien connues sur la façon dont la lumière rebondit et se plie, peut-être le plus célèbre de la loi de la réfraction (loi de Snell) et la loi de la réflexion.