Реферат Оптика й оптичні явища в природі

Єкатеринбург 2010

Зміст

Що таке оптика?

Г? Види оптики

Г? Історичний нарисоптики

Г? Роль оптики врозвитку сучасної фізики

Явища, пов'язані з віддзеркаленням світла

Г? Предмет і йоговідображення

Г? Залежністькоефіцієнта віддзеркалення від кута падіння світла

Г? Захисні стекла

Г? Повне віддзеркаленнясвітла

Г? Алмази і самоцвіти

Явища, пов'язані із заломленням світла

Г? Веселка

Г? Міраж

Г? Полярні сяйва

Висновок

Література

Додаток

Що таке оптика?

Оптика (грец. optikД“ -наука про зорових сприйняттях, від optГіs - видимий, зримий), розділфізики, в якому вивчаються природа оптичного випромінювання (світла), йогопоширення та явища, що спостерігаються при взаємодії світла і речовини.Оптичне випромінювання являє собою електромагнітні хвилі, і тому Оптика - Частина загального вчення про електромагнітне поле. Оптичний діапазон довжин хвильохоплює близько 20 октав і обмежений, з одного боку, рентгенівськими променями,а з іншого - мікрохвильовим діапазоном радіовипромінювання. Таке обмеження умовноі в значній мірі визначається спільністю технічних засобів і методівдослідження явищ у вказаному діапазоні. Для цих засобів і методів характернізасновані на хвильових властивості випромінювання формування зображень оптичнихпредметів за допомогою приладів, лінійні розміри яких багато більше довжини хвиліl випромінювання, а також використання приймачів світла, дія яких заснованана його квантових властивостях.

Види оптики

Оптика розділяється на геометричну, фізичну і фізіологічну. Геометричнаоптика залишає осторонь питання про природу світла, виходить земпіричних законів його розповсюдження і використовує уявлення про світлових променях,заломлюються і відбиваються на кордонах середовищ з різними оптичними властивостямиі прямолінійних в оптично однорідному середовищі. Її завдання - математичнодосліджувати хід світлових променів в середовищі з відомою залежністю заломленняпоказника n від координат або, навпаки, знайти оптичні властивості і формупрозорих і відображають середовищ, при яких промені проходять по заданому шляху.Методи геометричної Оптика дозволяють вивчити умови формування оптичногозображення об'єкта як сукупності зображень отд. його точок і пояснитибагато явищ, пов'язані з проходженням оптичного випромінювання в різнихсередовищах (наприклад, викривлення променів в земній атмосфері унаслідок непостійностіїї показника заломлення, освіта міражів, веселок і т.п.). Найбільшезначення геометрична Оптика (з частковим залученням хвилевої Оптика, см.нижче) має для розрахунку і конструювання оптичних приладів - від очкових лінздо складних об'єктивів і величезних астрономічних інструментів. Завдякирозвитку та застосування обчислювальної математики методи таких розрахунків досягли високогодосконалості, і сформувалося окремий напрямок повчитися назвуобчислювальної Оптика.

По суті відволікаєтьсявід фізичної природи світла і фотометрія, присвячена головним чином вимірюваннюсвітлових величин, Фотометрія являє собою методичну основудослідження процесів випускання, поширення і поглинання випромінювання порезультатами його дії на приймачі випромінювання. Ряд завдань фотометрії вирішуєтьсяз урахуванням закономірностей сприйняття людським оком світла і його окремихколірних складових. Вивченням цих закономірностей займається фізіологічнаОптика, змикається з біофізикою і психологією і досліджує зоровийаналізатор (від ока до кори головного мозку) та механізми зору.

Фізична Оптика розглядає проблеми, пов'язані з природою світла і світлових явищ.Твердження, що світло є поперечні електромагнітні хвилі, засноване нарезультатах величезного числа експериментальних досліджень дифракції світла, інтерференціїсвітла, поляризації світла і поширення світла в анізотропних середовищах (див. Крісталлооптіка,Оптична анізотропія). Сукупність явищ, в яких проявляється хвильоваприрода світла, вивчається в крупному розділі фізичної Оптика - хвильової ОптикаЇї математичним підставою служать загальні рівняння класичноїелектродинаміки - Максвелла рівняння. Властивості середовища при цьому характеризуютьсямакроскопічними матеріальними константами - діелектричною проникністю eі магнітною проникністю m, що входять в рівняння Максвелла у виглядікоефіцієнтів. Ці константи однозначно визначають показник заломленнясередовища: n =.

Феноменологічнахвильова Оптика, залишає осторонь питання про зв'язок величин e і m (зазвичайвідомих з досвіду) зі структурою речовини, дозволяє пояснити всеемпіричні закони геометричної Оптика та встановити межі її застосування.На відміну від геометричної, хвильова Оптика дає можливість розглядатипроцеси поширення світла не тільки при розмірах формують аборозсіювальних світлові пучки систем>> l (довжини хвилі світла) але і при-якому співвідношенні між ними. У багатьох випадках вирішення конкретних завданьметодами хвильової оптики виявляється надзвичайно складним. Тому отрималарозвиток Квазіоптика (особливо стосовно до найбільш довгохвильовому ділянціспектру оптичного випромінювання і суміжному з ним т. зв. субміліметрових під діапазонурадіовипромінювання) в якій процеси поширення, заломлення і віддзеркаленняописуються геометрооптіческі але в якій при цьому не можна нехтувати іхвильовою природою випромінювання. Геометричний і хвилевий підходи формальнооб'єднуються в геометричній теорії дифракції, в якій додатково допадаючим, відбиття і заломлення променів геометричній Оптика постулюєтьсяіснування різного типу дифрагованих променів.

Величезну роль врозвитку хвильової Оптика зіграло встановлення зв'язку величин e і m з молекулярноюі кристалічною структурою речовини (див. Крісталлооптіка, Металооптика, Молекулярнаоптика). Воно дозволило вийти далеко за рамки феноменологічного описуоптичних явищ і пояснити всі процеси, що супроводжують розповсюдженнясвітла в розсіюючих, і анізотропних середовищах, і поблизу кордонів розділів середовищ зрізними оптичними характеристиками, а також залежність від одних оптичнихвластивостей середовищ - їх диспер...