Природа света это электромагнитное излучение которая воспринимается человеческим глазом.
Сточки физики это электромагнитная волна, которая так же рассматривается как фотоны с определенным импульсом, энергией и массой, иногда рассматривают как состояние вещества (плазма).
Науки которые изучают свет: физика, оптика, математика, химия, медицина и другие.
Что такое природа света
В конце XVIIстолетия появились две гипотезы о природе света: корпускулярная — Ньютона и волновая — Гюйгенса.
Согласно Ньютону свет представляет поток особых частиц, которые испускаются накаленными телами.
Эта теория хорошо объясняла явления оптики, связанные с прямолинейным распространением света, однако испытывала затруднения при объяснении явлений интерференции, дифракции и поляризации света.
По Гюйгенсу, свет — это продольные волны в заполняющем всю вселенную упругом эфире. Волновые представления о природе света поддерживались М. В. Ломоносовым и Л. Эйлером.
Однако лишь в начале XIX в. волновая теория была надежно обоснована работами Т. Юнга и О. Френеля, которые установили поперечность световых волн и дали полное объяснение явлений интерференции, дифракции и поляризации света.
Все же свет рассматривался как упругие колебания, происходящие в гипотетической среде — мировом эфире.
В 1865 г. появилась гипотеза Максвелла о том, что свет — это электромагнитные волны достаточно малой длины волны, излучение которых связано с движением электронов внутри атома.
Эта теория дала значительный толчок развитию оптики, в которой последовал ряд новых открытий, подтверждающих электромагнитную природу света.
Следующим этапом в развитии представлений о природе света было предположение о том, что свет испускается и поглощается прерывно (дискретно) отдельными порциями, или квантами.
Первоначально идея о дискретности света была высказана М. Планком (1900), затем она получила подтверждение в исследованиях А. Эйнштейна (1905) по фотоэффекту.
В результате появилась квантовая теория природы света. Согласно этой теории свет представляет поток порций или особых частиц электромагнитной волны, каждая из которых несет определенное количество или квант энергии.
Эти частицы вначале назывались квантами света, а затем получили название фотонов.
Фотоны излучаются атомами и молекулами вещества.
Так как обычно происходит одновременное излучение множества частиц, то глаз не замечает прерывистого характера излучения от каждой отдельной частицы.
Природа света в оптике
Изучение оптики в данном курсе начинается с явлений, в которых наиболее выступают волновые свойства света.
Затем рассматриваются явления, в которых проявляется его прерывность, а также условия излучения, и, наконец, современные взгляды на единую природу вещества и света.
Основной характеристикой световых волн является частота колебаний; практически часто пользуются также и длиной волны.
Так как длина волны зависит от природы среды, в которой свет распространяется, то обычно указывают длину волны в вакууме или весьма близкую к ней в воздухе.
Электромагнитное излучение с длиной волны в пределах примерно от 400 мк до 2 ммк называется оптическим излучением.
Оптическое излучение в пределах длины волн от 760 до 380 ммк, действуя на глаз, вызывает ощущение света и соответственно называется видимым излучением или просто светом.
Видимое излучение с различной длиной волны вызывает в глазу качественно различное ощущение. Это различие называется цветом света.
Излучение
Излучение может быть простым, или монохроматическим, и сложным.
Монохроматическим называется излучение какой-либо одной длины волны.
Практически монохроматическим считают такое излучение, в котором длины составляющих его волн различаются не больше чем на десятые доли миллимикрона, что соответствует ширине линии в спектре.
Монохроматическое излучение вызывает ощущение определенного цвета.
Излучение, состоящее из волн различной длины, называется сложным. В зависимости от длины составляющих его волн оно может вызывать различные цветовые ощущения.
Сложное излучение, которое вызывает ощущение, характеризуемое как белый цвет, соответственно и называют белым светом.
К белому свету наиболее приближается видимая часть излучения солнца, достигающая земной поверхности (дневной свет), а также излучения непрозрачных твердых и жидких тел, нагретых до высокой температуры.
Лучи и поверхность волны
Оптическое излучение — это пространственные электромагнитные волны, однако для облегчения понимания некоторых сложных явлений в этой области они будут предварительно рассматриваться на модели волн на поверхности воды.
Такие волны образуются, если в каком-либо месте частицы воды привести в колебательное движение в направлении, перпендикулярном ее поверхности.
Волны представляют собой поперечные механические волны и образуются под действием силы тяжести и силы поверхностного натяжения.
Для получения волн в большую плоскую кюветку К с прозрачным дном наливают воду слоем 10—15 мм .
Над поверхностью воды располагается пластинка А, которая приводится в колебательное движение с помощью вибратора Б.
На конце пластинки укрепляются насадки в форме точечного штифта, двух штифтов, планки и т. п. При колебаниях пластинки штифты касаются поверхности воды и возбуждают на ней волны.
При помощи яркой лампочки, расположенной под кюветкой, волны отбрасываются в теневой проекции на экран, установленный под углом над кюветкой.
При анализе волновых явлений пользуются геометрическими представлениями о лучах и о поверхностях волны, понятиях, относящихся к волнам любой природы.
Что такое луч
Лучом называют воображаемую линию, указывающую направление распространения волны в данной точке среды или, что равносильно, направление распространения колебаний в данной точке волны. Луч может быть построен в любой точке среды.
Поверхностью или фронтом волны называют геометрическое место точек среды, до которых волна распространилась к любому заданному моменту времени.
Задаваясь различными моментами времени, можно построить любое число поверхностей волны.
Поверхность волны можно определить так же, как совокупность точек среды, колебания в которых происходят в одинаковой фазе.
В изотропных средах поверхности волны и лучи взаимно перпендикулярны.
Скорость распространения
В однородной изотропной среде скорость распространения волны от точечного источника по всем направлениям одинакова.
Поэтому поверхность волны имеет форму сферы (рис. 2 а) и волна называется сферической. Лучами O1, О2 и т. д. являются радиусы сферы.
Часть поверхности сферической волны на значительном расстоянии от центра может рассматриваться как плоскость (например, плоскость АБГВ на рис. 2, б).
Подобная волна называется плоской. Лучи, соответствующие плоской волне, параллельны между собой.
Плоская волна получается от источника колебаний, имеющего значительную поверхность,
Моделями пространственной сферической или плоской волны в наших опытах будут круговая и плоская волна на поверхности воды.
Поверхностью для электромагнитной волны является совокупность точек среды, в которых колебания напряженности поля происходят в одинаковых фазах.
Некоторое представление о соотношении лучей и поверхности электромагнитной волны дано на рис. 3, на котором схематически изображены участки трех сферических поверхностей S1, S2, S3.
Ограниченных некоторым телесным углом, и лучи О1—О4, на которых построены графики изменения в волне напряженностей электрического Е и магнитного Н полей.
Волновая природа света
При анализе явлений, связанных с волновой природой света, пользуются принципом Гюйгенса—Френеля: согласно Гюйгенсу точки среды, которых достигла в данный момент волна, можно рассматривать как источники образования вторичных элементарных круговых волн.
Огибающая этих волн определяет положение волновой поверхности в следующий момент времени.
Френель дополнил этот принцип представлением о том, что распространение волны происходит путем взаимодействия вторичных волн, которые, складываясь в боковых направлениях, взаимно гасятся.
Таким образом, волна сохраняет основное направление распространения.
На основании принципа Гюйгенса-Френеля, зная поверхность волны S1 в какой-либо момент времени t1 можно найти поверхность волны S2 в любой другой достаточно близкий момент времени t2 .
Для этого надо, пользуясь точками поверхности S1 как центрами, построить элементарные круговые волны и провести к ним касательную или огибающую.
Это и будет новая поверхность волны. S2. Например, пусть в момент t1 поверхность волны представляет окружность (или сферу) с радиусом r1.
Из точек окружности, как из центров, строим элементарные круговые волны.
Если среда однородна, то к моменту t2 они успеют распространиться на одинаковое расстояние r. Строим огибающую — это будет окружность (или сфера) с радиусом r2. Это и есть поверхность волны S2 в момент t2.
Из принципа Гюйгенса—Френеля следует, что в однородной изотропной среде поверхности волны геометрически подобны.
Статья на тему Природа света