ФІЗИКА. Вчимося розв'язувати задачі. "ОПТИКА". Компенсаційний курс
Розділ 16. Геометрична оптика
Теоретичні відомості. Характеристики світла; показник заломлення
|
До основних характеристик світла належать: швидкість поширення, частота і довжина хвилі; інтенсивність. |
Швидкість світла у вакуумі дорівнює
\(c=3\cdot{10^{8}}\) м/с.
Усі прозорі для світла речовини – це слабко магнітні діелектричні середовища. Тому швидкість світла в речовині виражається формулою (15.10а):
\(v=\frac{c}{\sqrt{\varepsilon}}\)
Відміна швидкості поширення світла в різних речовинах є причинною ефекту заломлення. Тому вводять величину
\(n=\sqrt{\varepsilon}\),
яку називають показником заломлення (точніше – абсолютним показником заломлення) або оптичною густиною речовини (середовища).
Показник заломлення дорівнює відношенню швидкості світла у вакуумі до швидкості світла в даній речовині:
|
|
\(n=\frac{c}{v}\). |
(16.1) |
Таким чином, швидкість світла в речовині визначається формулою
|
|
\(v=\frac{c}{n}\). |
(16.2) |
Частота \(\nu\) і довжина хвилі \(\lambda\) є спектральними характеристиками світла. Вони пов'язані між собою через швидкість поширення світла v:
|
|
\(\lambda=\frac{v}{\nu}\). |
(16.3) |
При переході з вакууму в речовину частота світла не змінюється, а швидкість зменшується (формула (16.2)). Тому
|
|
\(\lambda=\frac{\lambda}{n}\). |
(16.4) |
тобто довжина світлової хвилі зменшується, причому тим сильніше, чим більший показник заломлення речовини n.
Видиме світло – це випромінювання з частотою в інтервалі
\(\nu=(0,75\div{0,4})\cdot{10^{15}}\) Гц,
що відповідає інтервалу довжин хвиль у вакуумі
\(\lambda=(0,4\div{0,75})\cdot{10^{-6}}\) м.
Оскільки для світла величини \(\lambda\) дуже малі, в оптиці використовують дольові одиниці довжини: мікрометри (1 мкм = 10-6 м) і нанометри (1 нм = 10-9 м).
Частота (або довжина хвилі у вакуумі) визначає суб'єктивне відчуття кольору. При збільшенні частоти (зменшенні довжини хвилі) колір видимого світла поступово змінюється від червоного до фіолетового. Усю гаму кольорів умовно поділяють на сім "кольорів веселки": червоний, помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий. (Формально кожній частоті відповідає свій "колір", тобто кількість кольорів нескінченна. Але око людини не розрізняє кольори світлових хвиль з дуже близькими частотами. І все ж таки кількість різних відтінків кожного серед зазначених кольорів вимірюється десятками і сотнями. Подивіться, наприклад, яку кількість кольорів, може відтворювати монітор вашого комп'ютера).
Випромінювання прилеглих до видимого світла діапазонів має близькі до видимого світла властивості і досліджується тими ж методами. Тому таке випромінювання теж називається світлом: ультрафіолетовим (для \(\nu\gt{0,75\cdot{10^{15}}}\) Гц; \(\lambda_{0}\lt{10^{-6}}\) м) та інфрачервоним (для \(\nu\lt{0,4}\cdot{10^{15}}\) Гц; \(\lambda_{0}\gt{0,75}\cdot{10^{15}}\) м). Ультрафіолетове, видиме та інфрачервоне світло разом утворюють оптичний діапазон електромагнітного спектра.
Світло переносить енергію. Мірою переносу енергії є інтенсивність світла, що визначається виразом (15.11).
Інтенсивність пропорційна квадрату амплітуди хвилі, під якою для світла розуміють амплітуду електричного поля. Це пояснюється двома причинами: 1) енергія електричного і магнітного поля у світловій хвилі однакові; 2) більшість оптичних явищ визначається саме електричним полем світлової хвилі.
Інтенсивність світла визначає суб'єктивні відчуття яскравості джерела і освітленості поверхні, на яку падає світло.