optică fizică Partea opticii studiază natura undelor luminii și fenomenele fizice care sunt înțelese doar din modelul undelor. De asemenea, studiază fenomenele de interferență, polarizare, difracție și alte fenomene care nu pot fi explicate din optica geometrică..
Modelul de undă definește lumina ca o undă electromagnetică ale cărei câmpuri electrice și magnetice oscilează perpendicular între ele..
Câmpul electric (ȘI) undei luminoase se comportă similar cu câmpul său magnetic (B), dar câmpul electric predomină asupra câmpului magnetic datorită relației lui Maxwell (1831-1879), care stabilește următoarele:
ȘI= cB
Unde c = Viteza de propagare a undelor.
Optica fizică nu explică spectrul de absorbție și emisie al atomilor. Pe de altă parte, optica cuantică se adresează studiului acestor fenomene fizice.
Indice articol
Istoria opticii fizice începe cu experimentele efectuate de Grimaldi (1613-1663), care a observat că umbra aruncată de un obiect luminat părea mai largă și era înconjurată de dungi colorate.
El a numit fenomenul observat difracție. Munca sa experimentală l-a determinat să propună natura undelor luminii, spre deosebire de concepția lui Isaac Newton care a predominat în secolul al XVIII-lea..
Paradigma newtoniană a stabilit că lumina se comporta ca o rază de corpusculi mici care se mișcau cu viteză mare în traiectorii rectilinii.
Robert Hooke (1635-1703) a apărat natura undelor luminii, în studiile sale despre culoare și refracție, afirmând că lumina se comporta ca o undă sonoră care se propagă rapid aproape instantaneu printr-un mediu material..
Ulterior, Huygens (1629-1695), bazat pe ideile lui Hooke, a consolidat teoria undelor luminii în a sa Am încercat de la lumina (1690) în care presupune că undele de lumină emise de corpurile luminoase se propagă printr-un mediu subtil și elastic numit eter.
Teoria undelor lui Huygens explică fenomenele de reflecție, refracție și difracție mult mai bune decât teoria corpusculară a lui Newton și arată că viteza luminii scade atunci când se trece de la un mediu mai puțin dens la unul mai dens..
Ideile lui Huygens nu au fost acceptate de oamenii de știință ai vremii din două motive. Primul a fost imposibilitatea de a explica în mod satisfăcător definiția lui eter, iar al doilea a fost prestigiul lui Newton în jurul teoriei sale despre mecanică care a influențat o mare majoritate a oamenilor de știință să decidă să susțină paradigma corpusculară a luminii..
La începutul secolului al XIX-lea, Tomas Young (1773-1829) a reușit să determine comunitatea științifică să accepte modelul de undă al lui Huygens pe baza rezultatelor experimentului său de interferență ușoară. Experimentul a permis determinarea lungimilor de undă ale diferitelor culori.
În 1818 Fresnell (1788-1827) a reafirmat teoria undelor lui Huygens bazată pe principiul interferenței. El a explicat, de asemenea, fenomenul birefringenței luminii, care i-a permis să afirme că lumina este o undă transversală.
În 1808 Arago (1788-1853) și Malus (1775-1812) au explicat fenomenul polarizării luminii din modelul de undă.
Rezultatele experimentale ale lui Fizeau (1819-1896) în 1849 și Foucalt (1819-1868) în 1862 au permis verificarea faptului că lumina se propagă mai repede în aer decât în apă, contrazicând explicația dată de Newton..
În 1872, Maxwell a publicat al său Tratat de electricitate și magnetism, în care afirmă ecuațiile care sintetizează electromagnetismul. Din ecuațiile sale a obținut ecuația undei care a permis analiza comportamentului unei unde electromagnetice.
Maxwell a descoperit că viteza de propagare a unei unde electromagnetice este legată de mediul de propagare și coincide cu viteza luminii, concluzionând că lumina este o undă electromagnetică.
În cele din urmă, Hertz (1857-1894) în 1888 reușește să producă și să detecteze unde electromagnetice și confirmă că lumina este un tip de undă electromagnetică.
Optica fizică studiază fenomenele legate de natura undelor luminii, cum ar fi interferența, difracția și polarizarea.
Interferența este fenomenul prin care două sau mai multe unde de lumină se suprapun, coexistând în aceeași regiune a spațiului, formând benzi de lumină strălucitoare și întunecată..
Benzile luminoase sunt produse atunci când mai multe unde sunt adăugate împreună pentru a produce o undă de amplitudine mai mare. Acest tip de interferență se numește interferență constructivă..
Când undele se suprapun pentru a produce o undă de amplitudine mai mică, interferența se numește interferență distructivă și se produc benzi de lumină întunecată..
Modul în care sunt distribuite benzile colorate se numește model de interferență. Interferențele pot fi observate în bule de săpun sau straturi de ulei pe un drum umed.
Fenomenul difracției este schimbarea direcției de propagare pe care o experimentează unda de lumină atunci când lovește un obstacol sau o deschidere, modificându-i amplitudinea și faza..
La fel ca fenomenul de interferență, difracția este rezultatul suprapunerii undelor coerente. Două sau mai multe unde de lumină sunt coerente atunci când oscilează cu aceeași frecvență menținând o relație de fază constantă.
Pe măsură ce obstacolul devine din ce în ce mai mic în comparație cu lungimea de undă, fenomenul de difracție predomină asupra fenomenului de reflexie și refracție în determinarea distribuției razelor de undă luminoasă odată ce acesta lovește obstacolul..
Polarizarea este fenomenul fizic prin care unda vibrează într-o singură direcție perpendiculară pe planul care conține câmpul electric. Dacă unda nu are o direcție fixă de propagare, se spune că unda nu este polarizată. Există trei tipuri de polarizare: polarizare liniară, polarizare circulară și polarizare eliptică..
Dacă unda vibrează paralel cu o linie fixă care descrie o linie dreaptă în planul de polarizare, se spune că este polarizată liniar.
Când vectorul câmpului electric al undei descrie un cerc în plan perpendicular pe aceeași direcție de propagare, păstrându-și magnitudinea constantă, se spune că unda este polarizată circular.
Dacă vectorul câmpului electric al undei descrie o elipsă în plan perpendicular pe aceeași direcție de propagare, se spune că unda este polarizată eliptic.
Este un filtru care permite doar unei părți a luminii orientate într-o singură direcție specifică să treacă prin ea fără a lăsa să treacă acele unde care sunt orientate în alte direcții..
Este suprafața geometrică în care toate părțile unei unde au aceeași fază.
Amplitudinea este alungirea maximă a unei unde. Faza unei unde este starea de vibrație într-un moment de timp. Două unde sunt în fază atunci când au aceeași stare de vibrație.
Este unghiul de incidență al luminii prin care unda de lumină reflectată de la sursă este complet polarizată.
Lumina nu este vizibilă pentru ochiul uman în spectrul de radiații electromagnetice de 700nm la 1000μm.
Este o constantă de viteză a propagării undei luminoase în vid a cărei valoare este 3 × 108Domnișoară. Valoarea vitezei luminii variază atunci când se propagă într-un mediu material.
Măsurarea distanței dintre o creastă și o altă creastă sau între o vale și o altă vale a valului pe măsură ce se propagă.
Radiații electromagnetice nevizibile cu spectru de lungimi de undă mai mici de 400nm.
Mai jos sunt enumerate câteva legi ale opticii fizice care descriu fenomenele de polarizare și interferență.
1. Două unde de lumină cu polarizări liniare, coerente și ortogonale nu interferează între ele pentru a forma un model de interferență.
2. Două unde de lumină cu polarizări liniare, coerente și paralele pot interfera într-o regiune a spațiului.
3. Două unde de lumină naturală cu polarizări liniare, necoerente și ortogonale nu interferează între ele pentru a forma un model de interferență..
Legea lui Malus afirmă că intensitatea luminii transmise de un polarizator este direct proporțională cu pătratul cosinusului unghiului care formează axa de transmitere a polarizatorului și axa de polarizare a luminii incidente. Cu alte cuvinte:
Eu = eu0cosDouăθ
Eu =Intensitatea luminii transmise de polarizator
θ = Unghiul dintre axa de transmisie și axa de polarizare a fasciculului incident
Eu0 = Intensitatea luminii incidente
Fasciculul luminos reflectat de o suprafață este complet polarizat, în direcția normală față de planul de incidență al luminii, când unghiul dintre fasciculul reflectat și fasciculul refractat este egal cu 90.
Unele dintre aplicațiile opticii fizice sunt în studiul cristalelor lichide, în proiectarea sistemelor optice și în metrologia optică.
Cristalele lichide sunt materiale care sunt păstrate între starea solidă și starea lichidă, ale cărei molecule au un moment dipol care induce o polarizare a luminii care cade asupra lor. Din această proprietate, au fost dezvoltate ecrane pentru calculatoare, monitoare, laptopuri și telefoane mobile..
Sistemele optice sunt adesea utilizate în viața de zi cu zi, știința, tehnologia și asistența medicală. Sistemele optice fac posibilă prelucrarea, înregistrarea și transmiterea informațiilor din surse de lumină precum soarele, LED-ul, lampa de tungsten sau laserul. Exemple de sisteme optice sunt difractometrul și interferometrul.
Este responsabil pentru efectuarea de măsurători de înaltă rezoluție a parametrilor fizici pe baza undei luminoase. Aceste măsurători se fac cu interferometre și instrumente de refracție. În zona medicală, metrologia este utilizată pentru a monitoriza constant semnele vitale ale pacienților.
Poshakinskiy și Poddubny (1) au arătat că particulele nanometrice cu mișcare vibratorie pot manifesta un efect optico-mecanic similar cu cel propus de Kerker și colab. (2) în 1983.
Efectul Kerker este un fenomen optic care constă în obținerea unei direcționalități puternice a luminii împrăștiate de particulele sferice magnetice. Această direcționalitate necesită ca particulele să aibă răspunsuri magnetice de aceeași intensitate cu forțele electrice..
Efectul Kerker este o propunere teoretică care necesită particule materiale cu caracteristici magnetice și electrice care în prezent nu există în natură. Poshakinskiy și Poddubny au obținut același efect asupra particulelor nanometrice, fără un răspuns magnetic semnificativ, care vibrează în spațiu..
Autorii au demonstrat că vibrațiile particulelor pot crea polarizări magnetice și electrice care interferează în mod corespunzător, deoarece componentele polarității magnetice și electrice de același ordin de mărime sunt induse în particulă atunci când se are în vedere împrăștierea inelastică a luminii..
Autorii propun aplicarea efectului optico-mecanic în dispozitivele optice nanometrice, făcându-le să vibreze prin aplicarea undelor acustice.
Dhatchayeny și Chung (3) propun un sistem experimental de comunicații optice extracorporale (OEBC) care poate transmite informații despre semnele vitale ale oamenilor prin intermediul aplicațiilor de pe telefoanele mobile cu tehnologie Android. Sistemul constă dintr-un set de senzori și un concentrator de diode (matrice LED).
Senzorii sunt așezați pe diferite părți ale corpului pentru a detecta, procesa și comunica semne vitale precum pulsul, temperatura corpului și frecvența respiratorie. Datele sunt colectate prin intermediul LED-ului și transmise prin camera telefonului mobil cu aplicația optică.
LED-ul emite lumină în gama de lungimi de undă de împrăștiere Rayleigh Gans Debye (RGB). Fiecare combinație de culori și culori a luminii emise este legată de semnele vitale.
Sistemul propus de autori poate facilita monitorizarea semnelor vitale într-un mod fiabil, deoarece erorile din rezultatele experimentale au fost minime..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.