Optyka – wstęp

Jak za każdym razem postaram się zupełnie przystępnie opisać jeden z najważniejszych działów w fizyce, czyli optykę. Być może zastanawiacie się, dlaczego on jest taki ważny? Znalazł on zastosowanie w medycynie, technice, a nawet w życiu codziennym każdego człowieka. Bez wiedzy o optyce nie udałoby się opracować okularów, spektrofotometrów, interferometrów,  oraz wielu innych urządzeń, których działanie jest oparte właśnie o światło.

Ale zacznijmy od początku! Jak nie trudno się domyślić, optyka to jeden z działów fizyki (od tego zdania zaczynają się wszystkie regułki na temat optyki). Naukowcy zgłębiający optykę badają takie zjawiska jak: rozchodzenie się światła w różnych ośrodkach (np. woda, powietrze lub jakieś zupełnie nowe materiały), oddziaływaniem z materią lub, na przykład, pochłanianiem przez materię.

Optykę można podzielić na 3 działy: pierwszy z nich to optyka geometryczna, drugi to optyka falowa, a trzeci to optyka kwantowa. Teraz pokrótce opiszę każdy z nich.

- Optyka geometryczna , z tych trzech, jest oczywiście najstarsza. Podstawowym zagadnieniem w optyce geometrycznej jest promień świetlny, czyli bardzo cieniutka wiązka światła (taki odpowiednik linii prostej). Ten dział optyki zajmuje się tylko tym, co widzi obserwator (bez wnikania w naturę światła), czyli opisuje się odbicie lub załamanie promieni świetlnych, które przechodzą przez różnego rodzaju ośrodki optyczne np. wodę, powietrze, kryształ.

- Optyka falowa: jak sama nazwa wskazuje w tej optyce uwzględnia się, że światło jest falą. Takimi sztandarowymi pojęciami w tym dziale optyki są:  dyfrakcja, interferencja i polaryzacja. To właśnie za pomocą tych zjawisk udowodniono, że światło ma charakter falowy.

Dyfrakcja to inaczej mówiąc ugięcie. Jeśli światło przechodzi przez cienką szczelinę, to ulega ugięciu, takiemu jakby zaokrągleniu. Im mniejsza szczelina, tym ten efekt jest bardziej widoczny.

Interferencja  to oddziaływanie  ze sobą dwóch fal. Jeśli nałożymy na siebie dwie lub więcej fal to zaczną one ze sobą oddziaływać w wyniku czego nastąpi ich wzmacnianie lub wygaszanie.  

- Optyka kwantowa:  jest to dział, który światło opisuje jako foton, czyli cząstkę, która ma energię czy chociażby pęd.

Hej! Czy ja tutaj czasem nie zwariowałem?Jak przecież mogą obowiązywać różne sposoby opisu światła, traktujące je raz jako cząstki, a raz jako fale? Czy to samo się nie wyklucza?

Przez długi czas myślano, że światło jest rojem cząstek, które padają na naszą gałkę oczną, wywołują odpowiedni efekt. Później po odkryciu zjawiska dyfrakcji, interferencji i polaryzacji, które są typowe dla fal, upierano się, że światło jest tylko falą. Całe szczęście, w pewnym momencie dziejów naszej historii pojawił się taki naukowiec jak Plank, który pogodził obydwie zwaśnione strony. Stwierdził on, że światło w zależności od sytuacji, a w zasadzie od doświadczenia, któremu je poddamy może zachowywać się jako fala albo jako cząstka. Nazwał to dualizmem korpuskularno (cząsteczkowo) falowym. Uznał on, że światło musi być zatem skupiskiem fotonów, coś na zasadzie roju przemieszczających się pszczół, które niosą ze sobą energię, a energia to fala, która ma swoją częstotliwość, długość fali, ale że jest to rój, to ma on również pewną masę, czy chociażby pęd, który odpowiada cząsteczkom będącym w nieustannym ruchu.

Fizyka to oczywiście nie sama teoria. W fizyce kluczowe jest rozwiązywanie zadań, dlatego zachęcam do zapoznania się z darmowymi nagraniami na naszym blogu,             a oprócz tego zachęcam do skorzystania z naszego kursu „Optyka”. Są to korepetycje w wersji online w formie nagrań wideo, gdzie wszystko od podstaw rozwiązujemy                i tłumaczymy. Jest to olbrzymie kompendium wiedzy. Wszystko poparliśmy wyprowadzeniami wzorów, dzięki czemu po przerobieniu takiego materiału optyka stanie się zupełnie jasna i prosta. Poniżej link do kursu https://fizyka-kursy.pl/kurs/optyka-falowa