Понимание как геометрической, так и физической оптики позволяет нам изучать явления, являющиеся результатом как частиц, так и волновых аспектов света.
Свойства света
Свет распространяется в космосе в виде электромагнитных волн а также как частицы. Как результат этого корпускулярно-волновая дуальностьКогда физики работают с оптикой (изучением света), они должны думать о распространении света одним из двух способов, в зависимости от приложения.
Когда вы думаете о таких характеристиках света, как интерференция, поляризация или цвет, лучше всего описывать свет как поперечные волновые фронты. Но при создании телескопа или корректирующей линзы и определении того, как свет будет отражаться, преломляться и передачи, лучший вариант - думать о свете как о пучке частиц, движущихся по прямым линиям, называемым лучи.
Волновая оптика и волновая теория света
Изучение физической оптики использует волновую природу света для понимания таких явлений, как интерференционные картины, вызванные световыми волнами, проходящими через дифракционные решетки, и спектроскопию. Физическая оптика получила широкое распространение в 1800-х годах после нескольких ключевых открытий, в том числе существования света за пределами видимого спектра, сделанного сэром Фредериком Уильямом Гершелем.
В физической оптике свет представлен как поперечный волновой фронт, подобный синусоидальному или синусоидальному. «S-образная кривая», которая также описывает волну, бегущую по воде с гребнями и впадинами (высокими и низкие баллы). В этой модели световые волны подчиняются тем же правилам, что и другие поперечные волны - их частоты и длины волн равны обратно пропорциональны из-за уравнения скорости волны, и волновые фронты интерферируют друг с другом, где они пересекаются.
Например, два перекрывающихся гребня (высокие точки) или две впадины (низкие точки) мешают конструктивно, делая общий гребень выше или общий желоб ниже, соответственно. Там, где волновые фронты встречаются не в фазе - гребень и впадина вместе - они мешают разрушительно, полностью или частично компенсируя друг друга.
Представление о свете как о волне также является ключом к пониманию различий между типами света в электромагнитном поле. спектр, такой как разница между радио, видимым и рентгеновским излучением, поскольку эти типы классифицируются по их волновым характеристики. Это также означает, что рассматривать свет как волну важно в физической оптике цвета, поскольку это подмножество видимой части спектра.
Геометрическая оптика и трассировка лучей
В геометрической оптике физики используют частичную природу света, чтобы представить его путь в виде прямых линий, известных как лучи. Геометрическая оптика использовалась гораздо дольше, чем физическая оптика, поскольку люди научились конструировать устройства, которые изгибать и фокусировать свет для таких целей, как создание телескопов и корректирующих линз, задолго до того, как они поняли, какой свет было. К 1600 году шлифовка линз для улучшения зрения человека стала обычным явлением.
Световые лучи изображены в виде прямых линий, исходящих от источника света и указывающих направление, в котором движется свет. Диаграмма лучей используется, чтобы показать пути нескольких репрезентативных световых лучей, когда они отражаются, преломляются и проходят через различные материалы для определения таких измерений, как фокусное расстояние, а также размер и ориентация полученного изображение.
Отслеживая пути лучей света, физики могут лучше понять оптические системы, включая формирование изображения в тонких линзах и плоских зеркалах, оптических волокнах и других оптических инструментах. Геометрическая оптика, учитывая ее долгую историю как область науки, привела к нескольким хорошо известным законам о том, как свет отскакивает и отклоняется, возможно, наиболее известны закон преломления (закон Снеллиуса) и закон отражения.
