Светлост (оптика): дефиниција, јединице и извори (са спектром)

Разумевање светлости омогућава нам да разумемо како видимо, опажамо боју и чак коригујемо вид помоћу сочива. Пољеоптикаодноси се на проучавање светлости.

У свакодневном говору реч „светлост“ често заиста значивидљива светлост, што је тип који опажа људско око. Међутим, светлост долази у многим другим облицима, од којих велику већину људи не могу да виде.

Извор све светлости је електромагнетизам, међусобно деловање електричних и магнетних поља која прожимају простор.Светлосни таласису обликелектромагнетно зрачење; појмови су заменљиви. Конкретно, електромагнетни таласи су самопроширујуће осцилације у електричним и магнетним пољима.

Другим речима, светлост је вибрација у електромагнетном пољу. Кроз свемир пролази као талас.

• Брзина светлости у вакууму је 3 × 10⁸ м / с, најбржа брзина у свемиру!

Јединствена је и бизарна карактеристика нашег постојања да ништа не путује брже од светлости. И премда сва светлост, без обзира да ли је видљива или не, путује истом брзином када наиђе

Интеракције светлости са материјом наговештавају још једну од њених важних карактеристика: природу честица. Један од најчуднијих феномена у универзуму, светлост је заправо две ствари одједном: талас и честица. Оводуалност талас-честицачини проучавање светла донекле зависним од контекста.

Понекад физичарима сматра да је најкорисније светлост сматрати таласом, примењујући на њу већи део исте математике и својстава која описују звучне таласе и друге механичке таласе. У другим случајевима је моделирање светлости као честице прикладније, на пример када се разматра њен однос са нивоима атомске енергије или путања којом ће се кретати док се одбија од огледала.

Ако је сва светлост, видљива или не, технички иста ствар - електромагнетно зрачење - шта разликује један тип од другог? Његова таласна својства.

Електромагнетни таласи постоје у спектру различитих таласних дужина и фреквенција. Као талас, брзина светлости следи једначину брзине таласа, где је брзина једнака производу таласне дужине и фреквенције:

У овој једначини,вје брзина таласа у метрима у секунди (м / с),λје таласна дужина у метрима (м) ифје фреквенција у херцима (Хз).

У случају светлости, ово се може преписати променљивомцза брзину светлости у вакууму:

• ​цје посебна променљива која представља брзину светлости у вакууму. У другим медијима (материјалима) брзина светлости може се изразити као делићц.​

Овај однос подразумева да светлост може имати било коју комбинацију таласне дужине или фреквенције, све док су вредности обрнуто пропорционалне и њихов производ једнакц. Другим речима, светлост може имати авеликаучесталост и амалиталасна дужина, или обрнуто.

На различитим таласним дужинама и фреквенцијама светлост има различита својства. Дакле, научници су поделили електромагнетни спектар на сегменте који представљају ова својства. На пример, врло високе фреквенције електромагнетног зрачења, попут ултраљубичастих зрака, Кс-зрака или гама зрака, врло су енергичне - довољно да продру и наштете телесним ткивима. Други, попут радио таласа, имају врло ниске фреквенције, али велике таласне дужине, и непрестано пролазе кроз тела. (Да, радио сигнал који преноси ваше омиљене ДЈ песме кроз ваздух до вашег уређаја је облик електромагнетног зрачења - светлост!)

Облици електромагнетног зрачења од дужих таласних дужина / нижих фреквенција / ниске енергије до краћих таласних дужина / виших фреквенција / високе енергије су:

• Радио таласи
• Микроталасне пећнице
• Инфрацрвени таласи
• Видљива светлост
• Ултраљубичасто светло
• Рендген
• Гама зраци

[убаци дијаграм ЕМ спектра]

Спектар видљиве светлости обухвата таласне дужине од 380-750 нанометара (1 нанометар је једнак 10^-9 метара - једна милијардита од метра, или отприлике пречник атома водоника). Овај део електромагнетног спектра укључује све дугине боје - црвену, наранџасту, жуту, зелену, плаву, индиго и љубичасту - које су видљиве оку.

[Укључите дијаграм са избацивањем видљивог спектра]

Будући да црвена има најдужу таласну дужину од видљивих боја, она има и најмању фреквенцију, а тиме и најмању енергију. Супротно је за блуз и љубичице. Будући да енергија боја није иста, није ни њихова температура. У ствари, мерење ових температурних разлика у видљивој светлости довело је до открића постојања друге светлостиневидљивљудима.

Сер Фредерицк Виллиам Херсцхел је 1800. године осмислио експеримент за мерење разлике у температурама за различите боје сунчеве светлости које је раздвојио помоћу призме. Иако је заиста пронашао различите температуре у различитим регионима боја, изненадио се када је видео најтоплије температура свих забележених на термометру одмах изнад црвене боје, где се чинило да нема светлости све. Ово је био први доказ да постоји више светлости него што су људи могли да виде. Назвао је светлост у овом регионуинфрацрвени, што се директно преводи са „испод црвене боје“.

Бело светло, обично оно што стандардна сијалица одаје, комбинација је свих боја. За разлику од њега, црна јеодсуствобило ког светла - заправо уопште није боја!

Инжењери оптике и научници разматрају светлост на два различита начина када одређују како ће се одбијати, комбиновати и фокусирати. Оба описа су потребна за предвиђање коначног интензитета и локације светлости која се фокусира кроз сочива или огледала.

У једном случају, оптичари на светлост гледају као на серијупопречне таласне фронте, који понављају синусоидне таласе или таласе у облику слова С с гребенима и коритима. Ово јефизичка оптикаприступ, јер користи таласну природу светлости да би разумео како светлост улази у интеракцију са собом и доводи до образаца интерференције, на исти начин на који таласи у води могу један појачати или поништити још један напоље.

Физичка оптика је започела после 1801. године када је Тхомас Иоунг открио својства таласа светлости. Помаже у објашњавању рада таквих оптичких инструмената као што су дифракционе решетке, које раздвајају спектар светлости у његове таласне дужине и поларизациона сочива која блокирају одређене таласне дужине.

Други начин размишљања о светлости је каозрак, сноп који прати праволинијску путању. Зрак је нацртан као равна линија која произлази из извора светлости и показује смер у коме светлост путује. Изражавање светлости као зрака корисно је угеометријска оптика, што се више односи на природу честица светлости.

Цртање дијаграма зрака који показују пут светлости пресудно је за дизајнирање таквих алата за фокусирање светлости као што су сочива, призме, микроскопи, телескопи и камере. Геометријска оптика постоји дуже од физичке оптике - до 1600, ере Сир Исааца Невтона, корективна сочива за вид била су уобичајена.