ФІЗИКА. Вчимося розв'язувати задачі. "ОПТИКА". Компенсаційний курс

Оптика – це наука про світло – електромагнітне випромінювання, котре створює зорове відчуття в оці людини та інших живих істот.

Світло має двоїсту природу й залежно від умов виявляє себе або як хвиля, або як потік елементарних  частинок – фотонів (світлових квантів).

Деякі хвильові прояви світла розглянуто в розділах:

I. Геометрична оптика

II. Хвильова оптика

кожний з яких включає:

1. Теоретичні відомості

2. Приклади розв’язування задач

3. Задачі для самостійної роботи

Як говорилося раніше (Частина [5]), у природі, крім механічних, спостерігаються електромагнітні хвилі (ЕМХ), тобто, розповсюдження взаємозалежних коливань електричного та магнітного полів. На відміну від механічних, електромагнітні хвилі можуть існувати у вакуумі й поширюються в ньому зі швидкістю

яка ні від чого не залежить і є однією з фундаментальних фізичних констант.

У речовині швидкість ЕМХ є меншою й визначається електричними та магнітними властивостями середовища. При цьому прозорими для світла є тільки деякі немагнітні діелектрики, тож швидкість світла практично залежить тільки від їхньої діелектричної проникності ε (див [3], п. ...), як

\(v=\frac{c}{\sqrt{\varepsilon}}\),

де величина

\(n=\sqrt{\varepsilon}\)

називається оптичною густиною або абсолютним показником заломлення і є табличною величиною, котра визначає швидкість світла в заданій речовині співвідношенням

Електромагнітні хвилі створюють зорове відчуття в вузькому спектральному інтервалі, який для людини усереднено складає:

\(\nu=(0,75\div{0,4})\cdot{10^{15}}\) Гц,

в частотах і

\(\lambda=(0,4\div{0,75})\cdot{10^{-6}}\) м.

 в довжинах хвилі у вакуумі (або повітрі).

(На практиці використовують мікрометри (1 мкм = 10^-6 м) і нанометри (1 нм = 10^-9 м)).

Але випромінювання в прилеглих діапазонах має близькі властивості, досліджується тими самими методами, тож теж називається світлом: ультрафіолетовим (при \(\nu\gt{0,75\cdot{10^{15}}}\) Гц; \(\lambda_{0}\lt{10^{-6}}\) м) та інфрачервоним (при \(\nu\lt{0,4}\cdot{10^{15}}\) Гц; \(\lambda_{0}\gt{0,75}\cdot{10^{15}}\) м). Відповідно, ультрафіолетове, видиме та інфрачервоне випромінювання разом утворюють оптичний діапазон електромагнітного спектра.

Подібно до звуку, що суб'єктивно сприймається через гучність і висоту тону, світло при потраплянні в око характеризується яскравістю, мірою якої є інтенсивність ([3], ф-ла (3.8)), і кольором, який визначається частотою світлової хвилі й при її збільшенні неперервно змінюється від червоного до фіолетового. Тож усю гаму кольорів умовно поділяють на сім "кольорів веселки": червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий. Зрозуміло, загальна кількість кольорів, як і частот, є нескінченна й для ока не доступна. Одначе, попри недосконалість ока, людина, крім основних кольорів,  розрізняє безліч різних відтінків.