אופטיקה פיזית לעומת אופטיקה גיאומטרית: הגדרה והבדלים

הבנה של אופטיקה גיאומטרית ופיזית כאחד מאפשרת לנו ללמוד תופעות הנובעות הן מהיבטי החלקיקים והן מהגלים.

האור עובר דרך החלל כגלים אלקטרומגנטיים ו כחלקיקים. כתוצאה מכך דואליות של גל חלקיקיםכאשר פיזיקאים עובדים עם אופטיקה (חקר האור), עליהם לחשוב על התפשטות האור באחת משתי דרכים, בהתאם ליישום.

כאשר חושבים על מאפייני אור כמו הפרעות, קיטוב או צבע, תיאור האור כחזיתות גל רוחביות הוא הדרך ללכת. אך כאשר בונים טלסקופ או עדשת תיקון וקובעים כיצד האור ישקף, נשבר ו להעביר, האפשרות הטובה ביותר היא לחשוב על האור כאלומת חלקיקים הנעים בקווים ישרים הנקראת קרניים.

חקר האופטיקה הפיזיקלית משתמש בטבע הגלים של האור כדי להבין תופעות כמו דפוסי הפרעה הנגרמים על ידי גלי אור העוברים בסבכי עקיפה וספקטרוסקופיה. האופטיקה הפיזית המריאה כשדה בשנות ה 1800 לאחר מספר תגליות מרכזיות, כולל קיומו של אור מחוץ לספקטרום הגלוי על ידי סר פרדריק וויליאם הרשל.

באופטיקה פיזיקלית, האור מיוצג כחזית גל רוחבית, כמו הסינוסואיד או "עקומת S" המתארת ​​גם גל העובר במים עם פסגות ושפלות (גבוה ו נקודות שפל). עם מודל זה, גלי האור עומדים באותם חוקים כמו גלים רוחביים אחרים - התדרים שלהם ואורכי הגל הם ביחס הפוך בגלל משוואת מהירות הגל, וחזיתות הגל מפריעות זו לזו במקום בו הן נמצאות לְהִצְטָלֵב.

לדוגמא, שני פסגות (נקודות שיא) או שתי שוקות (נקודות נמוכות) החופפות מפריעות באופן קונסטרוקטיבי, מה שהופך את הפסגה הכוללת גבוהה יותר או את שוקת הכוללת נמוכה יותר, בהתאמה. איפה שחזיתות הגל נפגשות מחוץ לשלב - סמל ושוקת יחדיו - הם מפריעים באופן הרסני, מבטלת זו את זו באופן מלא או חלקי.

חשיבה על אור כגל היא גם המפתח להבנת ההבדלים בין סוגי האור באלקטרומגנט ספקטרום, כגון ההבדל בין רדיו, צילומי רנטגן גלויים, שכן סוגים אלה מסווגים לפי הגל שלהם נכסים. פירוש הדבר גם להתייחס לאור כגל חשוב באופטיקה הפיזית של הצבע, מכיוון שזו קבוצת משנה של החלק הגלוי של הספקטרום.

באופטיקה גיאומטרית, פיזיקאים משתמשים בטבע החלקיקים של האור כדי לייצג את דרכו בקווים ישרים המכונים קרניים. אופטיקה גיאומטרית הייתה בשימוש הרבה יותר זמן מאשר אופטיקה פיזית, מכיוון שאנשים למדו כיצד לעצב מכשירים ש לכופף ולמקד אור למטרות כמו הכנת טלסקופים ועדשות תיקון הרבה לפני שהבינו איזה אור היה. עד 1600, שחיקה של עדשות לצורך סיוע לראייה אנושית הייתה מקובלת.

קרני האור מצוירות כקווים ישרים הבוקעים ממקור אור ומציינות את הכיוון שאור עובר. דיאגרמת קרניים משמשת להראות את הנתיבים של כמה קרני אור מייצגות כשהם מחזירים, נשברים ומעבירים דרכם חומרים שונים על מנת לקבוע מדידות כגון אורך המוקד וגודל והתמצית של התוצאה תמונה.

על ידי התחקות אחר נתיבי קרני האור, פיזיקאים יכולים להבין טוב יותר מערכות אופטיות כולל יצירת תמונה בעדשות דקות ובמראות מישוריות, סיבים אופטיים ומכשירים אופטיים אחרים. לאור ההיסטוריה הארוכה שלה כשדה, אופטיקה גיאומטרית הובילה למספר חוקים ידועים לגבי אופן האור מקפיץ ומתכופף, אולי הכי מפורסם חוק השבירה (חוק סנל) וחוק ההשתקפות.