빛을 이해하면 우리가 어떻게보고, 색을인지하고, 렌즈로 시력을 교정하는지 이해할 수 있습니다. 분야광학빛에 대한 연구를 말합니다.
빛이란 무엇입니까?
일상적인 연설에서 "빛"이라는 단어는 종종 실제로가시 광선, 인간의 눈으로 인식되는 유형입니다. 그러나 빛은 인간이 볼 수없는 대부분의 다른 형태로 제공됩니다.
모든 빛의 근원은 공간을 투과하는 전기장과 자기장의 상호 작용 인 전자기학입니다.광파의 한 형태이다전자기 방사선; 용어는 서로 바꿔 사용할 수 있습니다. 특히 전자기파는 전기장 및 자기장에서 자체 전파되는 진동입니다.
즉, 빛은 전자기장의 진동입니다. 그것은 파동으로 공간을 통과합니다.
팁
진공 상태에서 빛의 속도는 3 × 10입니다.8 m / s, 우주에서 가장 빠른 속도!
빛보다 더 빨리 여행하는 것은 없다는 것이 우리 존재의 독특하고 기괴한 특징입니다. 모든 빛은 가시적이든 아니든 동일한 속도로 이동합니다.문제, 속도가 느려집니다. 빛은 물질 (진공 상태에 존재하지 않음)과 상호 작용하기 때문에 물질이 밀도가 높을수록 이동 속도가 느려집니다.
빛의 물질과의 상호 작용은 또 다른 중요한 특성 인 입자의 성질을 암시합니다. 우주에서 가장 이상한 현상 중 하나 인 빛은 실제로 한 번에 두 가지, 즉 파동과 입자입니다. 이파동 입자 이중성빛을 공부하는 것은 상황에 따라 다소 의존하게 만듭니다.
때때로 물리학 자들은 빛을 파동으로 생각하고 음파와 기타 기계적 파동을 설명하는 것과 동일한 수학과 속성을 적용하는 것이 가장 도움이된다고 생각합니다. 다른 경우에는 빛을 입자로 모델링하는 것이 더 적절합니다. 예를 들어 원자 에너지 수준과의 관계 또는 거울에서 반사되는 경로를 고려할 때입니다.
전자기 스펙트럼
가시적이든 아니든 모든 빛이 기술적으로 동일한 것 (전자기 방사선)이라면 어떤 유형이 다른 유형과 구별됩니까? 파동 속성.
전자기파는 다양한 파장과 주파수의 스펙트럼에 존재합니다. 파동으로서 빛의 속도는 파동 속도 방정식을 따르며, 여기서 속도는 파장과 주파수의 곱과 같습니다.
v- \ lambda f
이 방정식에서V초당 미터 (m / s) 단위의 파동 속도,λ미터 (m) 단위의 파장이고에프헤르츠 (Hz) 단위의 주파수입니다.
빛의 경우 변수로 다시 쓸 수 있습니다.씨진공 상태에서 빛의 속도 :
c = \ lambda f
팁
씨진공 상태에서 빛의 속도를 나타내는 특수 변수입니다. 다른 매체 (재료)에서 빛의 속도는씨.
이 관계는 값이 반비례하고 그 곱이 같으면 빛이 파장 또는 주파수의 조합을 가질 수 있음을 의미합니다.씨. 즉, 빛은큰주파수와작은파장, 또는 그 반대로.
다른 파장과 주파수에서 빛은 다른 속성을 갖습니다. 그래서 과학자들은 전자기 스펙트럼을 이러한 특성을 나타내는 세그먼트로 나눴습니다. 예를 들어, 자외선, X 선 또는 감마선과 같은 매우 높은 주파수의 전자기 방사선은 매우 에너지가 넘치므로 신체 조직에 침투하여 해를 입힐 수 있습니다. 전파와 같은 다른 것들은 주파수가 매우 낮지 만 파장이 높으며 항상 방해받지 않고 신체를 통과합니다. (예, 좋아하는 DJ의 트랙을 공기를 통해 장치로 전달하는 라디오 신호는 전자기 복사의 한 형태입니다 – 빛!)
장파장 / 저주파 / 저에너지에서 단파장 / 고주파 / 고 에너지로의 전자기 복사 형태는 다음과 같습니다.
- 전파
- 마이크로파
- 적외선 파
- 가시 광선
- 자외선 빛
- 엑스레이
- 감마선
[EM 스펙트럼 다이어그램 삽입]
가시 스펙트럼
가시 광선 스펙트럼은 380-750 나노 미터 (1 나노 미터는 10-9 미터 – 미터의 10 억분의 1 또는 수소 원자의 직경). 전자기 스펙트럼의이 부분에는 눈에 보이는 무지개의 모든 색상 (빨간색, 주황색, 노란색, 녹색, 파란색, 남색, 보라색)이 포함됩니다.
[가시 스펙트럼의 폭발이있는 다이어그램 포함]
적색은 가시광 선의 파장이 가장 길기 때문에 주파수가 가장 작고 에너지가 가장 낮습니다. 파란색과 보라색은 그 반대입니다. 색상의 에너지가 동일하지 않기 때문에 온도도 마찬가지입니다. 사실, 가시 광선에서 이러한 온도 차이를 측정 한 결과 다른 빛의 존재가 발견되었습니다.보이지 않는인간에게.
1800 년에 Frederick William Herschel 경은 프리즘을 사용하여 분리 한 다양한 태양 광 색상의 온도 차이를 측정하는 실험을 고안했습니다. 그는 실제로 다른 색 지역에서 다른 온도를 발견했지만 가장 뜨거운 것을보고 놀랐습니다. 빨간색 바로 너머에 온도계에 기록 된 모든 온도에서 빛이없는 것처럼 보였습니다. 모두. 이것은 인간이 볼 수있는 것보다 더 많은 빛이 존재한다는 최초의 증거였습니다. 그는이 지역의 빛을적외선, "빨간색 아래"로 직접 변환됩니다.
일반적으로 표준 전구가 발산하는 백색광은 모든 색상의 조합입니다. 대조적으로 검정은부재어떤 빛이든 – 전혀 색이 아닙니다!
파동 전선과 광선
광학 엔지니어와 과학자는 빛이 반사, 결합 및 초점을 맞추는 방법을 결정할 때 두 가지 다른 방식으로 빛을 고려합니다. 렌즈 나 거울을 통해 초점을 맞출 때 빛의 최종 강도와 위치를 예측하려면 두 가지 설명이 모두 필요합니다.
한 경우에 안경사는 빛을 일련의횡파 전선, 볏과 골이있는 정현파 또는 S 자 모양의 파도가 반복됩니다. 이것이물리적 광학빛의 파동 특성을 사용하여 빛이 자신과 상호 작용하는 방식을 이해하고 물 속의 파도가 하나를 강화하거나 취소 할 수있는 것과 같은 방식으로 간섭 패턴을 유발합니다 또 하나.
물리적 광학은 1801 년 Thomas Young이 빛의 파동 특성을 발견했을 때 시작되었습니다. 회절 격자와 같은 광학 기기의 작동을 설명하는 데 도움이됩니다. 빛의 스펙트럼을 구성 파장으로 바꾸고 편광 렌즈는 파장.
빛을 생각하는 다른 방법은레이, 직선 경로를 따르는 빔. 광선은 광원에서 나오는 직선으로 그려져 빛이 이동하는 방향을 나타냅니다. 빛을 광선으로 표현하는 것은기하학적 광학, 이는 빛의 입자 특성과 더 관련이 있습니다.
빛의 경로를 보여주는 광선 다이어그램을 그리는 것은 렌즈, 프리즘, 현미경, 망원경 및 카메라와 같은 빛 집중 도구를 설계하는 데 중요합니다. 기하학적 광학은 물리적 광학보다 오랫동안 사용되어 왔습니다. 1600 년, 아이작 뉴턴 경의 시대에는 시력 교정 렌즈가 보편화되었습니다.