Înțelegerea atât a opticii geometrice, cât și a celei fizice ne permite să studiem fenomenele rezultate atât din aspectele particulelor, cât și din cele ale undelor luminii.
Proprietățile luminii
Lumina călătorește prin spațiu ca unde electromagnetice și ca particule. Ca rezultat al acestui lucru dualitatea particule-unde, când fizicienii lucrează cu optica (studiul luminii), trebuie să se gândească la propagarea luminii într-unul din cele două moduri, în funcție de aplicație.
Când ne gândim la astfel de caracteristici ale luminii precum interferența, polarizarea sau culoarea, calea de urmat este descrierea luminii ca fronturi de undă transversală. Dar atunci când construiți un telescop sau o lentilă corectivă și determinați modul în care lumina se va reflecta, se va refracta și transmite, cea mai bună opțiune este să te gândești la lumină ca la un fascicul de particule care se mișcă în linii drepte numit raze.
Optica undelor și teoria luminii a undelor
Studiul opticii fizice utilizează natura undelor luminii pentru a înțelege astfel de fenomene, cum ar fi modelele de interferență cauzate de undele de lumină care trec prin grătare de difracție și spectroscopie. Optica fizică a decolat ca un câmp în anii 1800 după mai multe descoperiri cheie, inclusiv existența luminii în afara spectrului vizibil de către Sir Frederick William Herschel.
În optica fizică, lumina este reprezentată ca un front de undă transversală, precum sinusoidala sau "Curba S" care descrie, de asemenea, un val care călătorește prin apă cu creste și jgheaburi (înalt și puncte joase). Cu acest model, undele luminoase respectă aceleași reguli ca și alte unde transversale - frecvențele și lungimile lor de undă sunt invers proporțională datorită ecuației vitezei undei, iar fronturile de undă interferează între ele acolo unde se află se intersectează.
De exemplu, două creste (puncte înalte) sau două jgheaburi (puncte joase) care se suprapun interferează constructiv, făcând creasta generală mai ridicată sau respectiv jgheabul general mai scăzut. În cazul în care fronturile de undă se întâlnesc defazate - o creastă și un jgheab împreună - ele interferează distructiv, anulându-se complet sau parțial.
Gândirea la lumină ca la o undă este, de asemenea, cheia pentru a înțelege diferențele dintre tipurile de lumină din electromagnetic spectru, cum ar fi diferența dintre radio, vizibil și raze X, deoarece aceste tipuri sunt clasificate după unde lor proprietăți. Acest lucru înseamnă, de asemenea, tratarea luminii, deoarece o undă este importantă în optica fizică a culorii, deoarece acesta este un subset al porțiunii vizibile a spectrului.
Optică geometrică și urmărirea razelor
În optica geometrică, fizicienii folosesc natura particulelor luminii pentru a-și reprezenta calea în linii drepte cunoscute sub numele de raze. Optica geometrică este folosită de mult mai mult decât optica fizică, deoarece oamenii învățaseră cum să proiecteze dispozitive care îndoiți și focalizați lumina în scopuri precum realizarea de telescoape și lentile corectoare cu mult înainte de a înțelege ce lumină a fost. Până în 1600, lentilele de măcinare în scopul de a ajuta viziunea umană erau obișnuite.
Razele de lumină sunt trasate ca linii drepte care emană dintr-o sursă de lumină și indică direcția pe care o parcurge lumina. O diagramă de raze este utilizată pentru a arăta căile mai multor raze de lumină reprezentative, pe măsură ce acestea se reflectă, se refractează și se transmit diferite materiale pentru a determina măsurători precum distanța focală și dimensiunea și orientarea rezultatului imagine.
Urmărind traseele razelor de lumină, fizicienii pot înțelege mai bine sistemele optice, inclusiv formarea imaginii în lentile subțiri și oglinzi plane, fibre optice și alte instrumente optice. Având în vedere lunga sa istorie ca domeniu, optica geometrică a dus la mai multe legi bine cunoscute despre modul în care lumina sări și îndoaie, poate cel mai faimos legea refracției (legea lui Snell) și legea reflexiei.