A fény megértése lehetővé teszi számunkra, hogy megértsük, hogyan látjuk, érzékeljük a színt, sőt a látásunkat is korrigálhatjuk lencsékkel. A területeoptikaa fény tanulmányozására utal.
Mi a fény?
A mindennapi beszédben a "fény" szó gyakran valóban azt jelentilátható fény, amelyet az emberi szem érzékel. A fény azonban számos más formában jelentkezik, amelyek túlnyomó többségét az emberek nem láthatják.
Minden fény forrása az elektromágnesesség, az elektromos és mágneses mezők kölcsönhatása, amelyek áthatják a teret.Fényhullámokegy formájaelektromágneses sugárzás; a feltételek felcserélhetők. Pontosabban, az elektromágneses hullámok önmagukban terjedő rezgések az elektromos és mágneses mezőkben.
Más szavakkal, a fény egy elektromágneses mező rezgése. Hullámként halad át az űrön.
Tippek
A fénysebesség vákuumban 3 × 108 m / s, a világegyetem leggyorsabb sebessége!
Létezésünk egyedülálló és bizarr jellemzője, hogy semmi sem halad gyorsabban, mint a fény. És bár minden fény, akár látható, akár nem, azonos sebességgel halad, amikor találkozik
ügy, lassul. Mivel a fény kölcsönhatásba lép az anyaggal (amely nem létezik vákuumban), annál sűrűbb az anyag, annál lassabban halad.A fény kölcsönhatása az anyaggal egy másik fontos jellemzőre utal: részecske jellegére. Az univerzum egyik legfurcsább jelensége, a fény valójában két dolog egyszerre: hullám és részecske. Ezhullám-részecske kettősséga fény tanulmányozását kissé a kontextustól teszi függővé.
Időnként a fizikusok a leghasznosabbnak tartják, ha a fényt hullámnak gondolják, és ugyanazokat a matematikákat és tulajdonságokat alkalmazzák rá, amelyek a hanghullámokat és más mechanikai hullámokat írják le. Más esetekben a fény mint részecske modellezése megfelelőbb, például ha figyelembe vesszük annak atomenergia-szintekhez való viszonyát vagy azt az utat, amelyet a tükörről visszaverődve megtesz.
Az elektromágneses spektrum
Ha az összes fény, látható vagy nem, technikailag ugyanaz, mint az elektromágneses sugárzás, mi különbözteti meg az egyik típust a másiktól? Hullámtulajdonságai.
Az elektromágneses hullámok különböző hullámhosszúságú és frekvenciájú spektrumban léteznek. Hullámként a fény sebessége a hullámsebesség egyenletét követi, ahol a sebesség megegyezik a hullámhossz és frekvencia szorzatával:
v- \ lambda f
Ebben az egyenletbenvhullámsebesség méterben másodpercenként (m / s),λhullámhossz méterben (m) ésfa frekvencia hercben (Hz).
Fény esetén ezt át lehet írni a változóvalca fény sebességéhez vákuumban:
c = \ lambda f
Tippek
cegy speciális változó, amely a fény sebességét képviseli vákuumban. Más közegekben (anyagokban) a fény sebessége kifejezhető a töredékébenc.
Ez a kapcsolat azt jelenti, hogy a fénynek bármilyen hullámhossz- vagy frekvencia-kombinációja lehet, mindaddig, amíg az értékek fordítottan arányosak és termékük megegyezikc. Más szavakkal, a fénynek lehet egynagygyakorisága és akicsihullámhossz, vagy fordítva.
Különböző hullámhosszakon és frekvenciákon a fénynek különböző tulajdonságai vannak. Tehát a tudósok felosztották az elektromágneses spektrumot ezeket a tulajdonságokat képviselő szegmensekre. Például az elektromágneses sugárzás nagyon magas frekvenciái, például az ultraibolya sugarak, a röntgensugarak vagy a gammasugarak, nagyon energikusak - elég ahhoz, hogy behatoljanak és károsítsák a test szöveteit. Másoknak, mint a rádióhullámoknak, nagyon alacsony a frekvenciájuk, de nagy a hullámhosszuk, és folyamatosan akadálytalanul haladnak át a testeken. (Igen, az a rádiójel, amely a kedvenc DJ zeneszámait a levegőbe juttatja a készülékére, az elektromágneses sugárzás egyik formája - fény!)
A hosszabb hullámhosszúságtól / alacsonyabb frekvenciáktól / alacsony energiától a rövidebb hullámhosszig / magasabb frekvenciákig / nagy energiáig terjedő elektromágneses sugárzás formái:
- Rádióhullámok
- Mikrohullámok
- Infravörös hullámok
- Látható fény
- Ultraibolya fény
- Röntgen
- Gamma sugarak
[beilleszteni az EM spektrum diagramját]
A látható spektrum
A látható fényspektrum 380-750 nanométeres hullámhosszakat ölel fel (1 nanométer 10-9 méter - méter milliárdosa, vagy körülbelül egy hidrogénatom átmérője). Az elektromágneses spektrum ezen része magában foglalja a szivárvány összes színét - piros, narancssárga, sárga, zöld, kék, indigó és ibolya -, amelyek a szem számára láthatóak.
[Csatoljon egy diagramot a látható spektrum kifújásával]
Mivel a vörös hullámhossza a látható színek közül a leghosszabb, a legkisebb frekvenciával és ezáltal a legkisebb energiával is rendelkezik. Az ellenkezője igaz a kékekre és az ibolyákra. Mivel a színek energiája nem azonos, a hőmérsékletük sem. Valójában ezen látható hőmérsékleti hőmérséklet-különbségek mérése más fény létezésének felfedezéséhez vezetettláthatatlanaz embereknek.
Sir Frederick William Herschel 1800-ban kísérletet dolgozott ki a hőmérséklet különbségének mérésére a napfény különböző színei számára, amelyeket egy prizma segítségével választott el. Bár valóban különböző hőmérsékleteket talált a különböző színű régiókban, meglepődött, amikor a legforróbbat látta a hőmérőn rögzített hőmérsékletek a vörös mellett, ahol a jelek szerint nincs fény minden. Ez volt az első bizonyíték arra, hogy több fény létezik, mint amennyit az emberek láthatnak. Megnevezte a fényt ebben a régióbaninfravörös, amely közvetlenül a "piros alatt" fordítást jelenti.
A fehér fény, amelyet általában a szokásos izzó ad ki, az összes szín kombinációja. A fekete ezzel szemben ahiánybármilyen fény - valójában egyáltalán nem szín!
Hullámfrontok és sugarak
Az optikai mérnökök és a tudósok kétféle módon veszik figyelembe a fényt, amikor meghatározzák, hogyan pattog, kombinálódik és fókuszál. Mindkét leírás szükséges a fény végső intenzitásának és helyének előrejelzéséhez, mivel az a lencséken vagy a tükrön keresztül fókuszál.
Az egyik esetben az optikusok a fényt sorozatként tekintikkeresztirányú hullámfrontok, amelyek szinuszos vagy S alakú hullámokat ismernek címerekkel és vályúkkal. Ez afizikai optikamegközelítés, mivel a fény hullámtermészetét használja annak megértésére, hogy a fény hogyan hat egymással és interferencia-mintákhoz vezet, ugyanúgy, ahogy a vízben lévő hullámok fokozhatják vagy megszüntethetik az egyiket egy másik ki.
A fizikai optika 1801 után kezdődött, amikor Thomas Young felfedezte a fény hullámtulajdonságait. Segít megmagyarázni az olyan optikai műszerek működését, mint a diffrakciós rácsok, amelyek elválasztják a a fény spektruma a komponens hullámhosszaiba, és polarizációs lencsék, amelyek blokkolnak bizonyosakat hullámhosszak.
A fény másfajta gondolkodásmódja: asugár, egy gerenda, amely egyenes vonalat követ. A fénysugár egy egyenes vonal, amely egy fényforrásból származik, és jelzi a fény haladási irányát. A fény kifejezése sugárként hasznos ageometriai optika, amely inkább a fény részecske jellegére vonatkozik.
A fény útját bemutató sugárdiagramok rajzolása kritikus fontosságú az olyan fényfókuszáló eszközök tervezésénél, mint a lencsék, prizmák, mikroszkópok, teleszkópok és kamerák. A geometriai optika már régebben létezik, mint a fizikai optika - 1600-ra, Sir Isaac Newton korszakára a látás korrekciós lencséi mindennaposak voltak.