Увод

Преузми Word документ

Оптика – област физике – проучава светлосне појаве ( процес настанка светлости, њено простирање и интеракција са материјом).

Савремено схватање – светлост један облик енергије:

• како се добија светлост – прелазак неког вида енергије у светлосну (пример: загревање тела – емитује се светлост);
• кад се тело изложи деловању светлости – загрева се.

Тела која емитују светлост називају се светлосни извори.

Светлосни извори могу бити:

• природни (Сунце, звезде, инсекти-свитац)
• вештачки (електричне сијалице, пламен свеће)

Светлосни извори могу бити:

• термички (топлотни) – Сунце, усијани метали
• хладни – свитац, неонске цеви, живине сијалице

Кад се супстанце загревају на температуру око 500⁰Ц, почињу да светле тамно црвеном светлошћу. На 700⁰Ц је светло црвено усијање, на 1000⁰Ц жуто, а од 1500⁰Ц до 2000⁰Ц сијају белим усијањем. При још вишим температурма све више име плаве и ултраљубичасте светлости и то све више уколико је температура виша.

Пример:

• температура влакна сијалице – 3000⁰Ц
• температура површине Сунца – 6000⁰Ц

Светлосни извори осветљавају тела у околини и омогућавају да она буду видљива. Значи, виде се тела који директно емитују светлост, и она тела која одбијају светлост. Пример: Месец – не емитује светлост, али се од њега одбија Сунчева светлост.

Тела се различито понашају кад светлост пада на њих. Кроз стакло, на пример, можемо да видимо објекте који се налазе с друге стране. Стакло је провидно. Кроз танак папир пролази светлост, али се кроз њега ништа не види. За таква тела кажемо да су прозирна. Коначно, постоје тела која су непровидна и кроз која светлост не може да прође. Непровидна тела одбијају или упијају светлост која до њих дође.

Од светлосног извора светлост се простире на све стране. Простирање светлости може да се усмери само на једну страну. Пример: батеријска лампа, фар код аутомобила, светионик.

 

Геометријска оптика се заснива на четири емпиријска закона:

1. У оптички хомогеној средини светлост се простире праволинијски
2. Закон независности простирања светлости (светлосни зраци узајамно не делују, простиру се независно један од другог, нема међусобног ометања)
3. Закон одбијања светлости
4. Закон преламања светлости

Основни појмови геометријске оптике су: светлосни зрак, светлосни сноп и тачкасти извор светлости.

На светлост значајно утиче средина кроз коју се она простире. Светлост се кроз хомогену средину простире праволинијски.

Да би се лакше проучавало простирање светлости, путања светлости се приказује светлосним зраком.

Сасвим узан сноп светлости представља светлосни зрак. Светлосни зрак се црта као линија са стрелицом која позначава смер простирања светлости.

Скуп светлосних зрака чини сноп светлости.

Тачкаст извор светлости:

• извор много мањи од предмета који осветљава;
• извор много удаљен од предмета који осветљава (пример: звезде су за нас тачкасти извори светлости – немају мале димензије, али се налазе на великој удаљености)

Због праволинијског простирања светлости на заклону иза осветљених, непровидних предмета се јавља сенка, ако је извор малих димензија (тачкаст) или сенка и полусенка ако извор није тачкаст.

• сенка – потпуно таман простор
• полусенка – полутаман простор (продире мањи део светлости)

 

Сенка и полусенка су последице праволинијског простирања светлости.

Помрачење Месеца

• Месец улази у Земљину сенку
•  Сунце, Земља и Месец се налазе на истом правцу
• Месец се креће око Земље у равни која је нагнута за 5⁰ према равни у којој се креће Земља око Сунца.

Помрачење Сунца

• Настаје када се на правој линији нађу Сунце – Месец – Земља
• Земља уђе у Месечеву сенку
•  Месечева сенка је мања од Земље – помрачење може да се посматра само са неких делова Земље

 

Схватања о природи светлости мењала су се са развојем науке.

Стари Грци – човекове очи испуштају неке честице које иду да премета који посматрамо и одатле се враћају у очи.

Како онда не видимо у мраку

 

Крајем 17. века формиране две теорије:

• корпускуларна теорија (Исак Њутн)
  • светлост се састоји од веома малих честица – корпускула које емитује извор светлости
  • ове честице су еластичне и кроз простор се крећу праволинијски великом брзином
  • кретање ових честица објашњава се законима класичне физике
• таласна теорија (Кристијан Хајгенс)
  • светлост представља таласно кретање (у почетку се сматрало да су лонгитудинални таласи, као и звучни, касније је због поларизације закључено да се ради о трансверзалним таласима)
  • да би објаснио простирање светлости у вакууму Хајгенс је претпоставио постојање средине која преноси светлост, а коју је назвао етар (замишљена као бестежинска супстанца која испуњава целокупан простор)

Ове теорије су паралелно постојале све до почетка 19. века. Таласна теорија светлости постаје доминантна средином 19. века јер су многи експерименти потврдили таласну природу светлости (интерференција, дифракција и поларизација светлости – појаве својствене само таласима).

У другој половини 19. века (1863. године) Максвел је поставио електромагнетну теорију – теоријски доказао да у природи постоје електромагнетни таласи који се кроз вакуум простиру брзином светлости – постало је јасно да светлост представља електромагнетни талас.

Даља испитивања су показала да светлост има исте особине као и остали електромагнетни таласи и да је међу њима једино разлика у таласној дужини.

Независно од великог успеха електромагнетне теорије светлости крајем 19. века настао је проблем приликом покушаја да се теоријски објасне експериментално добијени подаци који се односе на зрачење црног тела, као и при објашњавању фотоелектричног ефекта.

Макс Планк је 1900. године увео претпоставку да се електромагнетно зрачење емитује у облику одвојених количина (порција) енергије – кванта енергије. Значи енергија се емитује дисконтинуално, са прекидима, у пакетима енергије. (квант – упоређење – меци из митраљеза – између сваког постоји известан размак).

1905. године Ајнштајн доказује Планкову хипотезу о квантима успешно их применивши на објашњење фотоефекта. Притом је Ајнштајн проширио Планкову хипотезу у смислу да се енергија електромагнетног зрачења не само емитује у виду кваната, већ да се тако и преноси и на крају апсорбује у некој препреци када је погоди. Уместо Планковог назива – кванти (порције), Ајнштајн је предложио назив – фотони (делићи светлости).

Проучавање оптичких појава показало је дуалистичку природу светлоси. Тако је настао познати дуализам талас-честица. У неким случајевима светлост испољава таласна својства (интерференција, дифракција…), а у другим корпускуларна (честична) својства (фотоефекат, Комптонов ефекат…).

Луј Де Брољ је (1924) изнео претпоставку да дуализам није особина само оптичких појава, већ је универзално својство материје. Све корпускуларне честице поседују и таласна својства.

 

Таласна (физичка) оптика бави се проучавањем светлосних појава за чије се тумачење користи таласна природа светлости.

 

 

 

Интерференција светлости