სინათლე (ოპტიკა): განმარტება, ერთეულები და წყაროები (სპექტრი)

სინათლის გაგება საშუალებას გვაძლევს გავიგოთ როგორ ვხედავთ, აღვიქვამთ ფერს და თუნდაც ლინზებით ვსწორდებით მხედველობას. სფეროოპტიკაეხება სინათლის შესწავლას.

ყოველდღიურ მეტყველებაში ხშირად სიტყვა "სინათლე" ნამდვილად ნიშნავსხილული სინათლე, რაც არის ადამიანის თვალით აღქმული ტიპი. ამასთან, სინათლე მრავალი სხვა ფორმით გვხვდება, რომელთა აბსოლუტურ უმრავლესობას ადამიანი ვერ ხედავს.

ყველა სინათლის წყარო არის ელექტრომაგნეტიზმი, ელექტრული და მაგნიტური ველების ურთიერთქმედება, რომლებიც გაჟღენთილია სივრცეში.სინათლის ტალღებიარის ფორმაელექტრომაგნიტური რადიაცია; პირობები ურთიერთშემცვლელნი არიან. კერძოდ, ელექტრომაგნიტური ტალღები წარმოადგენენ თვითგამრავლებულ რხევებს ელექტრო და მაგნიტურ ველებში.

სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ველის ვიბრაცია. ის გადის სივრცეში, როგორც ტალღა.

• ვაკუუმში სინათლის სიჩქარეა 3 × 10⁸ მ / წმ, უსწრაფესი სიჩქარე სამყაროში!

ეს ჩვენი არსებობის უნიკალური და უცნაური თვისებაა, რომ არაფერი უფრო სწრაფად მოძრაობს, ვიდრე სინათლე. მიუხედავად იმისა, რომ მთელი სინათლე, ხილული იქნება თუ არა, იმავე სიჩქარით მოძრაობს, როდესაც მას ექმნება

სინათლის ურთიერთქმედება მატერიასთან მიანიშნებს მის კიდევ ერთ მნიშვნელოვან მახასიათებელზე: ნაწილაკების ბუნებაზე. სამყაროს ერთ-ერთი უცნაური ფენომენი, სინათლე სინამდვილეში ერთდროულად ორი რამ არის: ტალღა და ნაწილაკი. ესტალღა-ნაწილაკების ორმაგობასინათლის შესწავლას გარკვეულწილად დამოკიდებულია კონტექსტზე.

ზოგჯერ, ფიზიკოსებს ყველაზე მეტად უჭირთ სინათლეზე ტალღად წარმოდგენა, რაც იყენებენ მას იმავე მათემატიკასა და თვისებებზე, რომლებიც აღწერს ხმოვან ტალღებს და სხვა მექანიკურ ტალღებს. სხვა შემთხვევებში, სინათლის ნაწილაკების მოდელირება უფრო მიზანშეწონილია, მაგალითად, ატომური ენერგიის დონესთან მისი დამოკიდებულების ან მის გასავლელი გზის განხილვისას, სარკეზე ასახვისას.

თუ ყველა სინათლე, ხილული თუ არა, ტექნიკურად ერთი და იგივეა - ელექტრომაგნიტური გამოსხივება - რით განასხვავებს ერთი ტიპი სხვას? მისი ტალღის თვისებები.

ელექტრომაგნიტური ტალღები სხვადასხვა ტალღის სიგრძისა და სიხშირის სპექტრში არსებობს. როგორც ტალღა, სინათლის სიჩქარე მიჰყვება ტალღის სიჩქარის განტოლებას, სადაც სიჩქარე ტოლია ტალღის სიგრძისა და სიხშირის პროდუქტის:

ამ განტოლებაშივარის ტალღის სიჩქარე მეტრ წამში (მ / წმ),λარის ტალღის სიგრძე მეტრებში (მ) დავარის სიხშირე ჰერცში (Hz).

სინათლის შემთხვევაში, ეს შეიძლება გადაიწეროს ცვლადითგვაკუუმში სინათლის სიჩქარისთვის:

• ​გარის სპეციალური ცვლადი, რომელიც წარმოადგენს ვაკუუმში სინათლის სიჩქარეს. სხვა საშუალებებში (მასალები), სინათლის სიჩქარე შეიძლება გამოხატავდეს, როგორც ფრაქციისგ​

ეს ურთიერთობა გულისხმობს, რომ სინათლეს შეიძლება ჰქონდეს ტალღის სიგრძის ან სიხშირის ნებისმიერი კომბინაცია, რადგან მნიშვნელობები უკუპროპორციულია და მათი პროდუქტი ტოლიაგ. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სინათლეს შეიძლება ჰქონდეს ადიდისიხშირე და აპატარატალღის სიგრძე, ან პირიქით.

სხვადასხვა ტალღის სიგრძეზე და სიხშირეზე, სინათლეს აქვს სხვადასხვა თვისებები. ამრიგად, მეცნიერებმა დაყვეს ელექტრომაგნიტური სპექტრი ამ თვისებების წარმომადგენელ სეგმენტებად. მაგალითად, ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ძალიან მაღალი სიხშირეები, როგორიცაა ულტრაიისფერი სხივები, რენტგენი ან გამა სხივები, ძალიან ენერგიულია - საკმარისია სხეულის ქსოვილებში შეღწევისა და ზიანის მიყენებისთვის. სხვებს, ისევე როგორც რადიოტალღებს, აქვთ ძალიან დაბალი სიხშირე, მაგრამ მაღალი ტალღის სიგრძე და ისინი სხეულებს შეუფერხებლად გადიან. (დიახ, თქვენი საყვარელი დიჯეის საჩვენებელი რადიოსიგნალი თქვენს მოწყობილობაზე ჰაერის საშუალებით ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ფორმაა - სინათლე!)

ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ფორმები გრძელი ტალღის სიგრძეებიდან / ქვედა სიხშირეებიდან / დაბალი ენერგიიდან მოკლე ტალღის სიგრძე / უმაღლესი სიხშირეები / მაღალი ენერგია:

• Რადიო ტალღები
• მიკროტალღური ღუმელები
• ინფრაწითელი ტალღები
• Ხილული სინათლე
• ულტრაიისფერი სინათლე
• რენტგენი
• გამა სხივები

[ჩადეთ EM სპექტრის დიაგრამა]

ხილული სინათლის სპექტრი მოიცავს ტალღის სიგრძეს 380-750 ნანომეტრიდან (1 ნანომეტრი უდრის 10-ს)^-9 მეტრი - მეტრის მემილიარდედე ან წყალბადის ატომის დიამეტრი). ელექტრომაგნიტური სპექტრის ეს ნაწილი მოიცავს ცისარტყელის ყველა ფერს - წითელი, ნარინჯისფერი, ყვითელი, მწვანე, ლურჯი, ინდიგო და იისფერი - რომლებიც თვალში ჩანს.

[ჩართეთ დიაგრამა ხილული სპექტრის აფეთქებით]

იმის გამო, რომ წითელს ხილული ფერების გრძელი ტალღის სიგრძე აქვს, მას ასევე აქვს ყველაზე მცირე სიხშირე და, შესაბამისად, ყველაზე დაბალი ენერგია. პირიქითაა ცისფერი და იისფერი. იმის გამო, რომ ფერების ენერგია არ არის იგივე, არც მათი ტემპერატურა. სინამდვილეში, ხილულ სინათლეში ამ ტემპერატურული სხვაობების გაზომვამ გამოიწვია სხვა სინათლის არსებობის აღმოჩენაუხილავიადამიანებს.

1800 წელს სერ ფრედერიკ უილიამ ჰერშელმა შეიმუშავა ექსპერიმენტი მზის სხვადასხვა ფერის ტემპერატურის სხვაობის გასაზომად, რომელიც მან პრიზმის გამოყენებით გამოყო. მიუხედავად იმისა, რომ მან მართლაც ნახა სხვადასხვა ტემპერატურა სხვადასხვა ფერის რეგიონში, ის გაკვირვებული დაინახა ყველაზე ცხელი თერმომეტრზე წითლის მიღმა ჩაწერილი ყველა ტემპერატურა, სადაც შუქი არ ჩანდა ყველა ეს იყო პირველი მტკიცებულება იმისა, რომ იმაზე მეტი სინათლე არსებობდა, ვიდრე ადამიანი ხედავდა. მან ამ რეგიონში სინათლე დაასახელაინფრაწითელი, რაც პირდაპირ ითარგმნება "წითლის ქვემოთ".

თეთრი შუქი, ჩვეულებრივ, რასაც სტანდარტის ნათურა გასცემს, არის ყველა ფერის კომბინაცია. პირიქით, შავი არისარყოფნანებისმიერი შუქის - ფერი ნამდვილად არ არის!

ოპტიკის ინჟინრები და მეცნიერები სინათლეს ორი განსხვავებული გზით განიხილავენ, როდესაც განსაზღვრავენ, თუ როგორ მოხდება მისი ნახტომი, გაერთიანება და ფოკუსირება. ორივე აღწერა საჭიროა სინათლის საბოლოო ინტენსივობისა და ადგილმდებარეობის პროგნოზირებისთვის, რადგან ის ფოკუსირდება ლინზების ან სარკეების საშუალებით.

ერთ შემთხვევაში, ოპტიკოსები სინათლეს უყურებენ, როგორც სერიებსგანივი ტალღის ფრონტები, რომლებიც იმეორებენ სინუსოიდალურ ან S- ფორმის ტალღებს მწვერვალებითა და ღარებითა. Ეს არისფიზიკური ოპტიკამიდგომა, რადგან იგი იყენებს სინათლის ტალღურ ხასიათს იმის გასაგებად, თუ როგორ ურთიერთქმედებს სინათლე საკუთარ თავთან და იწვევს ჩარევის ნიმუშებს, ისევე როგორც წყალში ტალღების გააქტიურება ან გაუქმება სხვა გარეთ.

ფიზიკური ოპტიკა დაიწყო 1801 წლის შემდეგ, როდესაც თომას იანგმა აღმოაჩინა სინათლის ტალღის თვისებები. ეს ხელს უწყობს ისეთი ოპტიკური ინსტრუმენტების მუშაობის ახსნას, როგორიცაა დიფრაქციული ქსელები, რომლებიც ერთმანეთისგან გამოყოფენ სინათლის სპექტრი მის შემადგენელ ტალღის სიგრძეებში და პოლარიზაციის ლინზები, რომლებიც გარკვეულ ბლოკავს ტალღის სიგრძეები.

სინათლეზე ფიქრის სხვა გზაა:სხივი, სხივი სწორხაზოვან ბილიკს მისდევს. სხივი შედგენილია როგორც სწორი ხაზი, რომელიც გამოდის სინათლის წყაროდან და მიუთითებს მიმართულებით, სადაც სინათლე მოძრაობს. სინათლის სხივად გამოხატვა სასარგებლოაგეომეტრიული ოპტიკა, რაც უფრო ეხება სინათლის ნაწილაკების ბუნებას.

სხივის დიაგრამების დახატვა, რომელიც აჩვენებს სინათლის გზას, ძალზე მნიშვნელოვანია ისეთი სინათლის ფოკუსირების ხელსაწყოებისთვის, როგორიცაა ლინზები, პრიზმები, მიკროსკოპები, ტელესკოპები და კამერები. გეომეტრიული ოპტიკა ფიზიკურ ოპტიკაზე უფრო დიდხანს არსებობს - 1600 წლისთვის, სერ ისააკ ნიუტონის ეპოქაში, ხედვის მაკორექტირებელი ლინზები ჩვეულებრივი მოვლენა იყო.