radiatii optice(sau lumină în sensul larg al cuvântului) sunt unde electromagnetice, ale căror lungimi sunt în intervalul de la 10 -11 la 10 -2 m (de la unități la zecimi de mm) sau al căror interval de frecvență este aproximativ egal. la 3 * 10 11 ... 3 * 10 17 Hz.

Ca și pentru orice altă radiație, există sursa de radiatii opticeși receptor de radiații optice. Receptorul radiației optice poate fi, de exemplu, ochiul uman. Ochiul uman este capabil să perceapă radiația optică cu o lungime de undă de 400 până la 760 nm. Aceasta este radiatii vizibile. Pe lângă radiația vizibilă, radiația optică include și Radiatii infrarosii(cu lungime de undă de la 0,75 la 2000 µm) și radiații ultraviolete(cu o lungime de undă de la 10 la 400 nm). Undele luminoase sunt studiate folosind metode optice care s-au dezvoltat istoric în analiza legilor luminii vizibile.

În secolul al XVII-lea au fost făcute primele ipoteze științifice despre natura luminii. Lumina are energie și o transportă prin spațiu. Fie corpurile, fie undele pot transfera energie, așa că au fost prezentate două teorii despre natura luminii.

Teoria corpusculară a luminii(din latinescul corpusculum - particulă) a fost propus în 1672 de omul de știință englez Isaac Newton (1643 - 1727). Conform acestei teorii, lumina este un flux de particule care emite în toate direcțiile Sursă de lumină. Cu ajutorul acestei teorii, au fost explicate fenomene optice precum, de exemplu, diferite culori ale radiațiilor.

Omul de știință olandez Christian Huygens (1629 - 1695) a creat și el în secolul al XVII-lea teoria ondulatorie a luminii, conform căreia lumina are o natură ondulatorie. Această teorie explică lucruri de genul interferență, difracția luminii etc.

Ambele teorii au existat în paralel de mult timp, deoarece niciuna dintre ele separat nu a putut explica pe deplin toate fenomenele optice. Până la începutul secolului al XIX-lea, după studiile fizicianului francez Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827), fizicianului englez Robert Hooke (1635 - 1703) și altor oameni de știință, a devenit clar că teoria ondulatorie a luminii are un avantaj peste cel corpuscular. În 1801, fizicianul englez Thomas Young (1773 - 1829) a formulat principiul interferenței (creșterea sau scăderea iluminării atunci când undele luminoase se suprapun între ele), ceea ce i-a permis să explice culorile peliculelor subțiri. Fresnel a explicat ce este difracția luminii (îndoirea luminii în jurul obstacolelor) și rectitudinea propagării luminii.

Cu toate acestea, teoria ondulatorie a luminii a avut un dezavantaj semnificativ. Se presupune că radiația luminoasă este transversală unde mecanice, care poate apărea numai într-un mediu elastic. Prin urmare, a fost creată o ipoteză despre eterul lumii invizibil, care este un mediu ipotetic care umple întregul Univers (întregul spațiu dintre corpuri și molecule). Eterul mondial ar fi trebuit să aibă o serie de proprietăți contradictorii: ar trebui să aibă proprietăți elastice solideși să fie fără greutate în același timp. Aceste dificultăți au fost rezolvate în a doua jumătate a secolului al XIX-lea odată cu dezvoltarea consecventă a învățăturilor fizicianului englez James Clerk Maxwell (1831 - 1879) despre câmpul electromagnetic. Maxwell a ajuns la concluzia că lumina este un caz special de unde electromagnetice.

Cu toate acestea, la începutul secolului al XX-lea, discontinuu, sau cuantic proprietățile luminii. Aceste proprietăți au fost explicate de teoria corpusculară. Astfel, lumina are dualism corpuscular-undă (dualitate de proprietăți). În procesul de propagare, lumina prezintă proprietăți de undă (adică se comportă ca o undă), iar în timpul radiației și absorbției, prezintă proprietăți corpusculare (adică se comportă ca un flux de particule).

Legile propagării luminii în medii transparente bazate pe conceptele unui fascicul de lumină sunt luate în considerare în secțiunea de optică numită. Se înțelege că o sută de fascicul de lumină este o linie de-a lungul căreia se propagă energia undelor electromagnetice luminoase.

Legea propagării rectilinie a luminii

În practică, lumina se propagă în linie dreaptă în interiorul unui con limitat, care este un fascicul de lumină. Diametrul acestui fascicul de lumină depășește lungimea de undă a luminii.

În cazul în care un indicele de refracție mediu este același peste tot, atunci se numește un astfel de mediu mediu optic omogen.

Într-un mediu transparent omogen, lumina se propagă în linie dreaptă. Acesta este ce legea propagării rectilinie a luminii.

Corectitudinea propagării luminii este confirmată de multe fenomene, de exemplu, apariția unei umbre din corpurile opace. Dacă S este o sursă de lumină foarte mică, iar M este un corp opac care blochează calea luminii S care cade pe ea, atunci se formează un con de umbră în spatele corpului M. Lumina care vine de la sursă este întârziată de corpul M, iar pe ecran, care este așezat în unghi drept față de axa conului, se obține o umbră bine definită a corpului M (vezi Fig. 1.1).

Orez. 1.1. Corectitudinea propagarii luminii.

Surse de lumină dimensiuni mari(față de distanța de la sursele de lumină la obstacol) formează o penumbră. Formarea penumbrei poate fi luată în considerare folosind două surse mici, care sunt situate la o distanță una de cealaltă egală cu dimensiunea unei surse mari de lumină. Pe fig. 1.2 prezintă o secțiune de conuri de umbră care sunt formate de lumină în spatele corpului M. O umbră totală se formează în spatele corpului opac M în zona în care nu atinge nicio lumină de la nicio sursă de lumină.

Penumbră(spațiu parțial iluminat) se formează în zona în care trec razele de la una dintre sursele de lumină. De exemplu, într-o zonă în care trec doar razele sursei S1, iar cealaltă sursă de lumină S2 este ascunsă de corpul M. Dacă sursa de lumină este mare, atunci fiecare dintre punctele sale poate fi considerat o sursă punctuală de lumină. . În acest caz, se va adăuga radiația din părți individuale ale suprafeței radiante. Se formează și zone de umbră și penumbră.

Orez. 1.2. Penumbra formata dintr-o sursa mare de lumina.

Formarea unei umbre atunci când razele de la o sursă de lumină cad pe un obiect opac explică fenomene precum eclipsele de soare și de lună.

O astfel de proprietate ca rectitudinea propagării luminii, este utilizat la determinarea distanțelor pe uscat, pe mare și în aer, precum și în producție la monitorizarea dreptății produselor și a uneltelor prin linia de vedere.

Rectitudinea propagării luminii explică posibilitatea de a obține imagini folosind o deschidere mică. Cel mai simplu dispozitiv care vă permite să observați imaginea inversată a obiectelor se numește camera pinholeși este o cutie cu o mică gaură în peretele din față. Un fascicul de lumină care se propagă în linie dreaptă lovește peretele din spate al camerei obscure, unde apare un punct de lumină cu intensitatea corespunzătoare. Totalitatea punctelor de lumină din toate punctele unui obiect creează o imagine a acestui obiect pe peretele din spate al camerei obscure.

Repetarea materialului studiat.

Ce este optica?

Ce este optica geometrică?

Dați exemple de surse de lumină naturală și artificială.

Ce este o grindă?

Legea propagării rectilinie a luminii.

Ce este o umbră?

Ce este penumbra?

Legea reflexiei luminii.

Învățarea de materiale noi.

Dezvoltarea opticii și progresul tehnic. Crearea dispozitivelor optice.

Viața pe Pământ a apărut și există datorită luminii solare. Datorită lui, percepem și știm lumea. Razele de lumină ne informează despre poziția obiectelor apropiate și îndepărtate, despre forma și culoarea acestora. Lumina, amplificată de instrumente optice, dezvăluie omului două lumi la scară polară: lumea cosmică cu vastele ei întinderi și lumea microscopică, locuită de cele mai mici organisme care nu se pot distinge cu ochiul liber.

Bazele opticii au fost puse în antichitate. Topirea sticlei transparente era cunoscută vechilor egipteni și locuitorilor Mesopotamiei de 1600 de ani î.Hr., iar în Roma antică, vasele și bijuteriile erau făcute din sticlă cu o perfecțiune ridicată. În secolul al XIII-lea, omenirea a primit primele instrumente optice - ochelari și lupe. Mult mai târziu, la începutul secolului al XVII-lea, au fost inventate telescopul și microscopul.

În 1609, omul de știință italian Galileo a inventat un ocular cu lentilă negativă ca ocular și l-a folosit pe scară largă pentru observații. Ochelarii și lunetele au apărut în Rusia la începutul secolului al XVII-lea.

Crearea teoriei instrumentelor optice a început la sfârșitul secolului al XVII-lea datorită lucrărilor unor oameni de știință remarcabili: R. Descartes, P. Fermat, I. Newton, K. Gauss și alții. O mare contribuție la dezvoltarea științei și tehnologiei mondiale în domeniul opticii au avut-o oamenii de știință ruși M. V. Lomonosov, L. Euler, V. N. Chikolev, mecanicii I. P. Kulibin, O. N. Malofeev.

În Rusia, sub Petru 1, optica a fost dezvoltată în continuare. În 1725, la Academia de Științe au fost organizate Departamentul de Optică și un atelier de optică. Unul dintre liderii departamentului de optică a fost L. Euler, care a scris cartea „Dioptric”, unde a schițat bazele opticii geometrice.

M. V. Lomonosov a fost primul om de știință rus care a folosit un microscop pentru cercetarea științifică, a creat el întreaga linie instrumente optice fundamental noi, metode dezvoltate pentru fabricarea sticlei colorate, mozaicuri colorate. Lucrarea remarcabililor ruși M.V. Lomonosov și L. Euler în secolul al XVIII-lea a pus bazele principale pentru dezvoltarea producției optice în Rusia. După revoluția din 1917, în 1918 a fost organizat la Petrograd Institutul de Stat Optică, condus de academicianul D.S. Rozhdestvensky. GOI a fost centrul care a determinat politica științifică în domeniul creării unei industrii optic-mecanice interne. La GOI au lucrat oameni de știință remarcabili: S.I. Vavilov, A.A. Lebedev, I.V. Grebenshchikov, N. Kachalov și alții.

În anii postbelici, industria noastră optică a stăpânit cu succes producția de instrumente unice de înaltă precizie, microscoape electronice, interferometre, instrumente pentru cercetarea spațială.

Pe baza fenomenelor efectului fotoelectric, descoperit de omul de știință rus A.G. Stoletov, se dezvoltă cu succes câmpul fotoelectric al opticii, care și-a găsit aplicație în automatizări, televiziune și controlul navelor spațiale.

Printre realizările majore ale opticii interne se numără lucrările profesorului M. M. Rusinov. Lentilele fotografice aeriene cu unghi larg pe care le-a creat au adus fotografia aeriană sovietică pe o poziție de lider în lume.

Crearea de echipamente pentru fotografiarea părții îndepărtate a Lunii, invizibilă de Pământ, a fost începutul dezvoltării unei noi direcții în instrumentația optică - instrumentele spațiale-optice.

Studiile fizicienilor sovietici N.G. Basov și A.M. Prokhorov la mijlocul anilor 1950 au devenit boabele din care a crescut un nou domeniu de știință - electronica cuantică. În 1971 Denis Gabor a primit Premiul Nobel pentru descoperirea holografiei.

În 1930, în Germania, Lamm transmitea nu numai lumină, ci și o imagine prin fibre optice. Dar tehnologia de fabricare a fibrelor de sticlă era foarte complexă, așa că ideile lui Lamm au rămas uitate mulți ani.

Știința modernă a ridicat fibra optică până la creasta unui val.

Istoria dezvoltării vederilor asupra naturii luminii

Primele idei despre natura luminii au fost stabilite în cele mai vechi timpuri. Filosoful grec Platon (427-327 î.Hr.) a creat una dintre primele teorii ale luminii.

Euclid și Aristotel (300-250 î.Hr.) au stabilit empiric legi de bază ale fenomenelor optice precum propagarea rectilinie a luminii și independența fasciculelor de lumină, reflexie și refracție. Aristotel a explicat mai întâi esența viziunii.

În ciuda faptului că pozițiile teoretice ale filozofilor antici, și mai târziu ale oamenilor de știință din Evul Mediu, au fost insuficiente și contradictorii, ele au contribuit la formarea unor opinii corecte asupra esenței fenomenelor luminoase și au pus bazele dezvoltării ulterioare a teoriei lumina și crearea diferitelor instrumente optice. Odată cu acumularea de noi cercetări privind proprietățile fenomenelor luminoase, punctul de vedere asupra naturii luminii s-a schimbat. Oamenii de știință cred că istoria studiului naturii luminii ar trebui să înceapă din secolul al XVII-lea.

În secolul al XVII-lea, astronomul danez Remer (1644–1710) a măsurat viteza de propagare a luminii, fizicianul italian Grimaldi (1618–1663) a descoperit fenomenul de difracție, genialul om de știință englez I. Newton (1642–1727) a dezvoltat teoria corpusculară a luminii, a descoperit fenomenele de dispersie și interferență, E. Bartholin (1625–1698) a descoperit dubla refracție în spatul islandez, punând astfel bazele opticii cristalului. Huygens (1629–1695) a pus bazele teoriei ondulatorii a luminii.

În secolul al XVII-lea s-au făcut primele încercări de fundamentare teoretică a fenomenelor luminoase observate. Teoria corpusculară a luminii, dezvoltată de Newton, este că radiația luminoasă este considerată ca un flux continuu de particule minuscule - corpusculi, care sunt emise de o sursă de lumină și zboară cu viteză mare într-un mediu omogen în linie dreaptă și uniform.

Din punctul de vedere al teoriei ondulatorii a luminii, al cărei fondator este H. Huygens, radiația luminoasă este o mișcare ondulatorie. Huygens considera undele luminoase ca unde elastice de înaltă frecvență care se propagă într-un mediu elastic și dens special - eterul, care umple toate corpurile materiale, golurile dintre ele și spațiile interplanetare.

Teoria electromagnetică a luminii a fost creată în mijlocul al XIX-lea secol de Maxwell (1831–1879). Conform acestei teorii, undele luminoase au o natură electromagnetică, iar radiația luminoasă poate fi considerată un caz special de fenomene electromagnetice. Cercetările efectuate de Hertz și mai târziu de P.N. Lebedev au confirmat, de asemenea, că toate proprietățile de bază ale undelor electromagnetice coincid cu proprietățile undelor luminoase.

Lorentz (1896) a stabilit relația dintre radiație și structura materiei și a dezvoltat teoria electronică a luminii, conform căreia electronii care alcătuiesc atomii pot oscila cu o perioadă cunoscută și, în anumite condiții, absorb sau emite lumină.

Teoria electromagnetică a lui Maxwell, combinată cu teoria electronică a lui Lawrence, a explicat toate fenomenele optice cunoscute atunci și părea să dezvăluie pe deplin problema naturii luminii.

Emisiile de lumină au fost considerate ca oscilații periodice ale forțelor electrice și magnetice care se propagă în spațiu cu o viteză de 300.000 de kilometri pe secundă. Lawrence credea că purtătorul acestor vibrații, eterul electromagnetic, are proprietățile imobilității absolute. Cu toate acestea, teoria electromagnetică creată s-a dovedit curând a fi insuportabilă. În primul rând, această teorie nu a ținut cont de proprietățile mediului real în care se propagă oscilațiile electromagnetice. În plus, această teorie nu a putut explica o serie de fenomene optice întâlnite de fizică la începutul secolelor al XIX-lea și al XX-lea. Astfel de fenomene includ procesele de emisie și absorbție a luminii, radiația corpului negru, efectul fotoelectric și altele.

Teoria cuantică a luminii a apărut la începutul secolului al XX-lea. A fost formulată în 1900 și fundamentată în 1905. Fondatorii teoriei cuantice a luminii sunt Planck și Einstein. Conform acestei teorii, radiația luminoasă este emisă și absorbită de particulele de materie nu continuu, ci discret, adică în porțiuni separate - cuante de lumină.

Teoria cuantică, așa cum spune, într-o nouă formă a reînviat teoria corpusculară a luminii, dar în esență a fost dezvoltarea unității fenomenelor ondulatorii și corpusculare.

Ca urmare a dezvoltării istorice, optica modernă are o teorie bine fundamentată a fenomenelor luminoase, care poate explica diferitele proprietăți ale radiației și ne permite să răspundem la întrebarea în ce condiții se pot manifesta anumite proprietăți ale radiației luminoase. Teoria modernă lumina confirmă natura sa duală: ondulatorie și corpusculară.

viteza luminii

Unul dintre trasaturi caracteristice fizica este natura cantitativă a legilor sale. Multe rapoarte care exprimă legile fizicii includ unele constante - așa-numitele constante fizice. Aceasta, de exemplu, este constanta gravitațională din legea gravitației universale, capacitatea de căldură specifică din ecuația de echilibru termic, viteza luminii din legea lui Einstein, care raportează masa unui corp și energia sa totală. Multe constante fizice sunt numite mai degrabă condiționat. Într-adevăr, alcoolul este încălzit în loc de apă, iar în ecuațiile corespunzătoare este necesar să se folosească o valoare diferită a capacității termice. Astfel de constante „relative” sunt coeficientul de frecare, rezistivitate, densitate și așa mai departe. Dar există și constante care nu își schimbă valoarea. Constanta gravitațională nu depinde dacă corpurile care interacționează sunt făcute din plumb sau oțel. Electronii din cupru și aur au aceeași sarcină. La fel de universal și permanent cu este viteza luminii în vid.

Din cauza universalității lor, astfel de constante sunt numite constante universale sau fundamentale. Valorile constantelor fundamentale determină cele mai importante caracteristici ale întregii lumi fizice - de la particule elementare la cele mai mari obiecte astronomice.

Apartenența vitezei luminii la un grup foarte mic de constante mondiale explică interesul pentru această cantitate. Cu toate acestea, trebuie să recunoaștem că și în acest grup ea ocupă un loc remarcabil. Viteza luminii este asociată cu legile fizice legate de cele mai îndepărtate ramuri ale fizicii. Constant cu este inclusă în transformările Lorentz din teoria relativității speciale, raportează constantele electrice și magnetice. Formula lui Einstein E \u003d mc 2 vă permite să calculați cantitatea de energie eliberată în timpul transformărilor nucleare. Și peste tot întâlnim viteza luminii.

O astfel de prevalență a constantei cu servește pentru fizica modernă ca o manifestare vie a unității lumii fizice și a corectitudinii căii pe care se dezvoltă știința naturii.

Înțelegerea acestei unități nu a trecut imediat. Au trecut peste 300 de ani de la prima determinare a vitezei luminii. Treptat constant cuși-a dezvăluit secretele oamenilor de știință. Uneori, în spatele măsurătorilor acestei cantități au existat ani de căutări intenționate, muncă de îmbunătățire a metodelor de măsurare și a instrumentelor științifice. Uneori, viteza luminii a apărut în experimente în mod neașteptat, punând întrebări oamenilor de știință care au atins adâncimea științei fizice. Măsurarea constantelor a infirmat și confirmat teoriile fizice și a contribuit la progresul tehnologiei.

Există metode directe și indirecte pentru măsurarea vitezei luminii. Metodele directe includ experimentele lui O. Remer, A. Fizeau, L. Foucault, A. Michelson. Metodele indirecte includ experimentele lui D. Bradley, F. Kohlrausch, W. Weber.

Metoda directă se bazează pe măsurarea traseului parcurs de lumină și a timpului necesar pentru a parcurge această cale. c=l/t. În 1676, Roemer a observat eclipsa lunii Io a lui Jupiter. Satelitul a trecut prin fața planetei, apoi a plonjat în umbra ei și a dispărut din vedere. După 42 de ore și 28 de minute, Io a apărut din nou. Roemer a făcut măsurători când Pământul era cel mai aproape de Jupiter. Când a repetat observațiile câteva luni mai târziu, s-a dovedit că satelitul a apărut din umbră 22 de minute mai târziu. Omul de știință a explicat că este nevoie de 22 de minute pentru ca lumina să călătorească de la un punct anterior de observație la punctul actual. Cunoscând timpul de întârziere și distanța la care este cauzat, se poate determina viteza luminii. Din cauza inexactității măsurătorilor și a valorii inexacte a razei Pământului, Roemer a obținut valoarea vitezei luminii egală cu 215.000 de kilometri pe secundă.

În condiții de laborator, viteza luminii a fost măsurată pentru prima dată în 1849 de către fizicianul francez Fizeau. În experimentul său, lumina de la sursă, care trecea prin lentilă, a căzut pe o placă de sticlă translucidă. Reflectat de pe placă, un fascicul îngust a fost îndreptat către periferia roții care se rotește rapid. Trecând printre dinți, lumina a ajuns în oglindă, aflată la o distanță de câțiva kilometri de roată. Reflectată de oglindă, lumina a trecut printre dinții roții și apoi a căzut în ochiul observatorului. Când viteza de rotație era mică, lumina reflectată de oglindă era vizibilă și, pe măsură ce viteza de rotație creștea, aceasta a dispărut. Odată cu o creștere suplimentară a vitezei de rotație, lumina a devenit din nou vizibilă. Adică, în timpul de propagare a luminii către oglindă și spate, roata a avut timp să se rotească atât de mult încât o nouă fantă s-a ridicat în locul slotului precedent. Cunoscând acest timp și distanța dintre roată și oglindă, puteți determina viteza luminii. În experimentul lui Fizeau, distanța a fost de 8,6 kilometri, iar viteza luminii s-a dovedit a fi de 313.000 de kilometri pe secundă.

Metoda indirectă de măsurare a vitezei luminii se bazează pe conceptul de lumină ca undă electromagnetică iar viteza acesteia se găsește prin înmulțirea lungimii de undă cu frecvența oscilațiilor undei.

Dezvoltând teoria electrodinamicii a lui Ampère, în 1846 Weber și Kalrausch au obținut valoarea vitezei luminii de 310.000 de kilometri pe secundă, dar nu au putut explica rezultatul, deoarece nu exista o înțelegere clară a mecanismului de transfer al interacțiunii sarcinilor electrice. Formal, teoria forțelor electromagnetice cu rază lungă de acțiune a lui Weber nu a întâmpinat nicio opoziție serioasă, dar ideile de acțiune cu rază scurtă se maturizau deja, a cărei consecință cea mai importantă este caracterul finit al vitezei de propagare a interacțiunilor.

Fizica modernă afirmă în mod decisiv că istoria vitezei luminii nu sa încheiat. Dovadă în acest sens este munca de măsurare a vitezei luminii, efectuată în ultimii ani.

O creștere bruscă a preciziei de măsurare a vitezei undelor electromagnetice a avut loc după cel de-al doilea război mondial. Cercetările efectuate în scopuri militare, pe lângă amenințarea la adresa existenței omenirii, au adus multe rezultate importante, pur științifice. Una dintre ele este dezvoltarea tehnologiei cu microunde. Au fost create generatoare și receptoare de radiații, care funcționează în intervalul de lungimi de undă de la 1 metru până la câțiva milimetri. În domeniul microundelor, a fost posibil să se efectueze măsurători foarte precise și, cel mai important, independente ale frecvenței radiațiilor și ale lungimii de undă ale acesteia. Această metodă de determinare a vitezei luminii este foarte convenabilă, deoarece lungimile de undă de ordinul unui centimetru pot fi determinate cu o precizie foarte mare.

Desigur, nu ar trebui să se gândească că pentru a măsura cantitatea cu folosirea noii tehnici a fost foarte simplă. Fiecare om de știință care lucrează în acest domeniu și-a propus sarcina maximă: să facă măsurători extrem de precise ale lungimii de undă și frecvenței pentru a obține cea mai precisă valoare a vitezei luminii, iar lucrul la limita de precizie este întotdeauna dificil.

Un anumit rezultat al măsurării vitezei luminii în intervalul de microunde a fost lucrarea omului de știință american K. Frum, ale cărui rezultate au fost publicate în 1958. Omul de știință a obținut rezultatul de 299792,50 kilometri pe secundă. Pentru o perioadă lungă de timp, această valoare a fost considerată cea mai precisă.

Pentru a îmbunătăți acuratețea determinării vitezei luminii, a fost necesar să se creeze metode fundamental noi care să permită măsurători în regiunea frecvențelor înalte și, în consecință, lungimi de undă mai scurte. Posibilitatea dezvoltării unor astfel de metode a apărut după crearea generatoarelor cuantice optice - lasere. Precizia determinării vitezei luminii a crescut în raport cu experimentele lui Frum de aproape 100 de ori. Metoda de determinare a frecvențelor folosind radiația laser dă valoarea vitezei luminii egală cu 299792,462 kilometri pe secundă.

Fizicienii continuă să investigheze problema constanței vitezei luminii în timp. Studiile vitezei luminii pot da mult mai mult cunoasterii naturii, inepuizabila in diversitatea ei. Istoria de 300 de ani a constantei fundamentale cu să demonstreze clar legăturile sale cu cele mai importante probleme ale fizicii.

Rezolvarea problemelor

1. Din legenda greacă veche a lui Perseus:

„Nu mai departe decât zborul unei săgeți a fost un monstru când Perseu a zburat sus în aer. Umbra lui a căzut în mare, iar cu furie monstrul s-a repezit la umbra eroului. Perseus s-a repezit cu îndrăzneală de la înălțime la monstr și i-a înfipt adânc o sabie curbată în spate...”

Întrebare: ce este o umbră și din cauza ce fenomen fizic se formează? Desenați cursul razelor.

2. Din basmul african „Alegerea liderului”:

— Omule, spuse Barza, pășind liniştit în mijlocul cercului. Ne certam de dimineata. Uite, umbrele noastre s-au scurtat deja și vor dispărea complet în curând, căci se apropie amiaza. Deci, să ajungem la o decizie înainte ca soarele să-și treacă de zenit...”

Întrebare: de ce lungimile umbrelor aruncate de oameni au devenit mai scurte? Explicați răspunsul cu un desen. Există un loc pe Pământ în care modificarea lungimii umbrei este minimă?

3. Din basmul italian „Omul care căuta nemurirea”:

„Și atunci Grantesta a văzut ceva care i s-a părut mai groaznic decât o furtună. Un monstru se apropia de vale, zburând mai repede decât un fascicul de lumină. Avea aripi piele, o burtă moale și neruoasă și o gură uriașă cu dinți proeminenti...”

Întrebare: ce este greșit din punct de vedere al fizicii în acest pasaj?

4. Din legenda greacă veche a lui Perseus:

„Perseus s-a întors repede de la Gorgoni. Îi este frică să vadă fețele lor formidabile: la urma urmei, o singură privire și se va transforma în piatră. Perseus a luat scutul lui Pallas Athena - în timp ce Gorgonii se reflectau în oglindă. Care este Medusa?

Așa cum un vultur cade din cer către victima vizată, tot așa Perseus s-a repezit la Medusa adormită. Se uită într-un scut clar pentru a lovi cu mai multă precizie... "

Întrebare: Ce fenomen fizic a folosit Perseus pentru a-l tăia capul pe Medusa? Desenați un posibil curs de raze.

Teme pentru acasă

Introducere, p. 40 (G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev „Fizica. 11”)

Descrierea prezentării pe diapozitive individuale:

1 tobogan

Descrierea diapozitivului:

2 tobogan

Descrierea diapozitivului:

De la o sursă de lumină (de la un bec), lumina se răspândește în toate direcțiile și cade pe obiectele din jur, determinându-le să se încălzească. Când lumina intră în ochi, provoacă o senzație vizuală - vedem. sursă-receptor Când lumina se propagă, acțiunea este transmisă de la sursă la receptor.

3 slide

Descrierea diapozitivului:

Două moduri de transfer al influențelor: transferul unei substanțe de la o sursă la un receptor; prin schimbarea stării mediului între corpuri (fără transfer de materie).

4 slide

Descrierea diapozitivului:

Teorii ale luminii: Teoria corpusculară a luminii a lui Newton: lumina este un flux de particule care provine dintr-o sursă în toate direcțiile (transferul de substanță) 2. Teoria ondulatorie a luminii a lui Huygens: lumina sunt unde care se propagă într-un mediu ipotetic special - eter, umplând toate spatiu si patrunzator in interiorul tuturor tel. 3. Teoria electromagnetică a luminii a lui Maxwell: lumina este un caz special de unde electromagnetice. Pe măsură ce se propagă, lumina se comportă ca o undă. 4. Teoria cuantică a luminii: atunci când este emisă și absorbită, lumina se comportă ca un flux de particule.

5 slide

Descrierea diapozitivului:

NATURA LUMINII Optica este o ramură a fizicii care studiază fenomenele luminoase. Ce este lumina? Opiniile oamenilor de știință asupra naturii luminii s-au schimbat de-a lungul timpului. Din secolul al XVIII-lea, a existat o luptă în fizică între adepții teoriei undelor și ai teoriei corpusculare. Celebrul om de știință I. Newton credea că lumina este un flux de corpuscule (particule) ejectate de un corp luminos, care se propagă în spațiu în linie dreaptă. Această presupunere a fost confirmată de legea propagării rectilinie a luminii. Omul de știință englez R. Hooke a citit: lumina sunt unde mecanice. Această teorie a fost confirmată de lucrările lui H. Huygens, T. Jung, O. Fresnel și alții.Conform conceptelor moderne, lumina are o natură duală (dualismul particule-undă): - lumina are proprietăți de undă și este o undă electromagnetică, dar în același timp este și un flux de particule - fotoni. În funcție de intervalul de lumină, anumite proprietăți se manifestă într-o măsură mai mare.

6 slide

Descrierea diapozitivului:

7 slide

Descrierea diapozitivului:

8 slide

Descrierea diapozitivului:

9 slide

Descrierea diapozitivului:

Când lumina se propagă, predomină proprietățile undelor Când lumina interacționează cu materia, predomină proprietățile cuantice Dualismul unde corpusculare este o manifestare a relației dintre cele două forme principale de materie studiate de fizică - materia și câmpul.

10 diapozitive

Descrierea diapozitivului:

11 diapozitiv

Descrierea diapozitivului:

Optica geometrică este o ramură a opticii care studiază legile de propagare a energiei luminii în medii transparente pe baza conceptului de fascicul de lumină. Determinarea experimentală a vitezei luminii: primele încercări de a determina viteza luminii. metoda astronomica de masurare a vitezei luminii (O. Remer, 1676) metoda de laborator pentru masurarea vitezei luminii (I.Fizo, 1849) determinarea vitezei luminii de Michelson. determinarea vitezei luminii de către Essen și Froome. valoarea vitezei luminii, obținută folosind metode moderne măsurătorile ei.

12 slide

Descrierea diapozitivului:

Ole Christensen Rømer Ole Christensen Rømer Data nașterii: 25 septembrie 1644 Data morții: 19 septembrie 1710 (65 de ani) Țara: Danemarca Domeniul de cercetare: astronomie Alma mater: Universitatea din Copenhaga

13 diapozitiv

Descrierea diapozitivului:

Metoda astronomică de măsurare a vitezei luminii 1676 - viteza luminii a fost măsurată pentru prima dată de omul de știință danez O. Römer. Römer a observat cele mai multe eclipse ale lunilor lui Jupiter planeta mare sistem solar. Jupiter, spre deosebire de Pământ, are 67 de sateliți deschisi. Cel mai apropiat satelit al său, Io, a devenit subiectul observațiilor lui Römer. A văzut cum satelitul a trecut prin fața planetei, apoi s-a aruncat în umbra ei și a dispărut din vedere. Apoi a reapărut ca o lampă intermitentă. Intervalul de timp dintre două clipiri s-a dovedit a fi de 42 h 28 min. Astfel, această „lună” era un ceas ceresc uriaș, care își trimitea semnalele către Pământ la intervale regulate.

14 slide

Descrierea diapozitivului:

În 1676, Roemer a determinat viteza luminii observând eclipsa lunii Io a lui Jupiter. Esența metodei este măsurarea timpului de eclipsă a satelitului lui Jupiter atunci când este observat de pe Pământ în pozițiile 1 și 2. Distanța dintre punctele 1 și 2 este egală cu diametrul orbitei pământului.

15 slide

Descrierea diapozitivului:

Cunoscând întârzierea apariției lui Io și distanța cu care este cauzată, se poate determina viteza împărțind această distanță la timpul de întârziere. Viteza s-a dovedit a fi extrem de mare, aproximativ 300.000 km/s. Prin urmare, este extrem de dificil să captezi timpul de propagare a luminii între două puncte îndepărtate de pe Pământ. La urma urmei, într-o secundă, lumina parcurge o distanță mai mare decât lungimea ecuatorului pământului de 7,5 ori. „Dacă aș putea rămâne de cealaltă parte a orbitei pământului, atunci satelitul ar apărea din umbră la ora stabilită de fiecare dată, observatorul aflat acolo ar vedea Io cu 22 de minute mai devreme. Întârzierea în acest caz vine din faptul că lumina durează 22 de minute pentru a călători de la locul primei mele observații până la poziția mea actuală. Perioada orbitală a lui Jupiter este de 11,86 ani. 12 ani - 3600 1 an - 3600:12=300 jumătate de an - 150

16 diapozitiv

Descrierea diapozitivului:

MĂSURAREA VITEZEI LUMINII Metoda astronomică În 1676, fizicianul danez O. Roemer a fost primul care a măsurat lumina. Roemer a observat eclipsa lunii Io a lui Jupiter. Io este un satelit al lui Jupiter I - satelitul a stat în umbra lui Jupiter timp de 4 ore. 28 min. II - satelitul a părăsit umbra timp de 22 de minute. ulterior măsurătorile au fost efectuate de două ori: la cea mai mică distanță a lui Jupiter de Pământ și după 6 luni, când distanța dintre Pământ și Jupiter a devenit cea mai mare. Diferența rezultată în durata eclipsei a fost explicată prin faptul că lumina, propagăndu-se cu o viteză finită, a trebuit să parcurgă o distanță suplimentară egală cu diametrul orbitei Pământului. Din cauza preciziei slabe a măsurătorilor, Roemer a primit doar o valoare foarte aproximativă pentru viteza luminii de 215.000 km/s.

17 diapozitiv

Descrierea diapozitivului:

Hippolyte Fizeau: 23 septembrie 1819 - 18 septembrie 1896 celebru fizician francez, membru al Academiei de Științe din Paris

18 slide

Descrierea diapozitivului:

Metode de laborator pentru măsurarea vitezei luminii Pentru prima dată, viteza luminii a fost măsurată prin metoda de laborator de către fizicianul francez I. Fizeau în 1849. În experimentul lui Fizeau, lumina dintr-o sursă, trecând printr-o lentilă, cădea pe un placa translucidă 1 (Fig. 2). După reflectarea de pe placă, fasciculul îngust focalizat a fost îndreptat către periferia roții dințate care se rotește rapid. Trecând printre dinți, lumina a ajuns în oglinda 2, care se afla la o distanță de câțiva kilometri de roată. Reflectată din oglindă, lumina, înainte de a intra în ochiul observatorului, a trebuit să treacă din nou printre dinți. Când roata se învârtea încet, lumina reflectată de oglindă era vizibilă. Odată cu creșterea vitezei de rotație, a dispărut treptat. În timp ce lumina care trecea între cei doi dinți mergea spre oglindă și înapoi, roata a avut timp să se întoarcă, astfel încât un dinte să stea în locul fantei, iar lumina a încetat să mai fie vizibilă. Odată cu o creștere suplimentară a vitezei de rotație, lumina a devenit din nou vizibilă. Evident, în timpul propagării luminii către oglindă și spate, roata a avut timp să se rotească atât de mult încât o nouă fantă a luat locul slotului precedent. Cunoscând acest timp și distanța dintre roată și oglindă, puteți determina viteza luminii. În experimentul lui Fizeau, distanța a fost de 8,6 km și s-a obținut o valoare de 313.000 km/s pentru viteza luminii. Fig.2

1 din 15

Prezentare pe tema: Dezvoltarea vederilor asupra naturii luminii

diapozitivul numărul 1

Descrierea diapozitivului:

diapozitivul numărul 2

Descrierea diapozitivului:

Primele idei despre lumină Primele idei despre ce este lumina aparțin și ele antichității. În antichitate, ideile despre natura luminii erau foarte primitive, fantastice și, în plus, foarte diverse. Cu toate acestea, în ciuda diversității opiniilor anticilor asupra naturii luminii, deja existau trei abordări principale pentru rezolvarea problemei naturii luminii. Aceste trei abordări s-au conturat ulterior în două teorii concurente - teoriile corpusculare și ondulatorii ale luminii. Marea majoritate a filozofilor și oamenilor de știință antici au considerat lumina ca un fel de raze care leagă corpul luminos și ochiul uman. În același timp, trei principale s-au distins vederi asupra naturii luminii.->eyeMovement

diapozitivul numărul 3

Descrierea diapozitivului:

Prima teorie Unii dintre oamenii de știință antici credeau că razele provin din ochii unei persoane, par să simtă obiectul în cauză. Acest punct de vedere a avut la început un număr mare de adepți. Oameni de știință și filozofi proeminenți precum Euclid, Ptolemeu și mulți alții au aderat la el. Cu toate acestea, mai târziu, deja în Evul Mediu, o astfel de idee despre natura luminii își pierde sensul. Din ce în ce mai puțini oameni de știință urmează aceste opinii. Și a începutul XVIIîn. acest punct de vedere poate fi considerat deja uitat.

diapozitivul numărul 4

Descrierea diapozitivului:

A doua teorie Alți filozofi, dimpotrivă, credeau că razele sunt emise de un corp luminos și, ajungând la ochiul uman, poartă amprenta unui obiect luminos. Acest punct de vedere a fost susținut de atomiștii Democrit, Epicur, Lucretius. Acest punct de vedere asupra naturii luminii mai târziu, în secolul al XVII-lea, a luat contur în teoria corpusculară a luminii, conform căreia lumina este un flux de particule emise de un corp luminos.

diapozitivul numărul 5

Descrierea diapozitivului:

A treia teorie Al treilea punct de vedere asupra naturii luminii a fost exprimat de Aristotel. El a considerat lumina nu ca o ieșire a ceva dintr-un obiect luminos în ochi și cu atât mai mult nu ca un fel de raze care emană din ochi și simt obiectul, ci ca o acțiune sau mișcare care se propagă în spațiu (în mediu) . Puțini oameni împărtășeau părerea lui Aristotel în vremea lui. Dar mai târziu, din nou în secolul al XVII-lea, punctul său de vedere a fost dezvoltat și a pus bazele teoriei ondulatorii a luminii.

diapozitivul numărul 6

Descrierea diapozitivului:

Evul Mediu Majoritatea lucrare interesantăîn optică, care a ajuns până la noi din Evul Mediu, este opera savantului arab Alhazen. A studiat reflexia luminii din oglinzi, fenomenul de refractie si trecerea luminii prin lentile. Omul de știință a aderat la teoria lui Democrit și a exprimat pentru prima dată ideea că lumina are o viteză de propagare finită. Această ipoteză a fost un pas major în înțelegerea naturii luminii.

diapozitivul numărul 7

Descrierea diapozitivului:

Secolul al XVII-lea Pe baza a numeroase fapte experimentale de la mijlocul secolului al XVII-lea, apar două ipoteze despre natura fenomenelor luminoase: teoria corpusculară a lui Newton, care presupunea că lumina este un flux de particule ejectate cu viteză mare de corpurile luminoase. Teoria undelor a lui Huygens, care afirma că lumina este o mișcare oscilativă longitudinală a unui mediu luminifer special (eter), excitată de vibrațiile particulelor unui corp luminos.

diapozitivul numărul 8

Descrierea diapozitivului:

Fundamentele teoriei corpusculare Lumina constă din particule mici de materie emise în toate direcțiile de-a lungul liniilor drepte, sau raze, luminoase de un corp, de exemplu, o lumânare aprinsă. Dacă aceste raze, formate din corpusculi, intră în ochiul nostru, atunci le vedem sursa. Corpusculii de lumină au dimensiuni diferite. Cele mai mari particule, care intră în ochi, dau o senzație de culoare roșie, cea mai mică - violet. Culoarea albă este un amestec de toate culorile: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo, violet. Reflexia luminii de la suprafata are loc datorita reflexiei corpusculilor din perete conform legii impactului elastic absolut.

diapozitivul numărul 9

Descrierea diapozitivului:

Principalele prevederi ale teoriei corpusculare Fenomenul de refracție a luminii se explică prin faptul că corpusculii sunt atrași de particulele mediului. Cu cât mediul este mai dens, cu atât unghiul de refracție este mai mic decât unghiul de incidență. Fenomenul de dispersie a luminii, descoperit de Newton în 1666, l-a explicat după cum urmează. „Fiecare culoare este deja prezentă în lumină albă. Toate culorile sunt transmise prin spațiul interplanetar și atmosfera împreună și dau efectul luminii albe. Lumina albă - un amestec de diferiți corpusculi - este refractă atunci când trece printr-o prismă. Newton a subliniat modalități de a explica refracția dublă prin ipoteza că razele de lumină au „laturi diferite” - o proprietate specială care provoacă refracția lor diferită atunci când trec printr-un corp birefringent.

diapozitivul numărul 10

Descrierea diapozitivului:

Dispoziții de bază ale teoriei corpusculare Teoria corpusculară a lui Newton a explicat în mod satisfăcător multe fenomene optice cunoscute la acea vreme. Autorul său s-a bucurat de un prestigiu extraordinar în lumea științifică și, în curând, teoria lui Newton a câștigat mulți susținători în toate țările. Cei mai mari oameni de știință care aderă la această teorie: Arago, Poisson, Biot, Gay-Lussac.Pe baza teoriei corpusculare, a fost dificil de explicat de ce fasciculele de lumină, care se încrucișează în spațiu, nu acționează unele asupra altora. La urma urmei, particulele de lumină trebuie să se ciocnească și să se împrăștie (undele trec unele prin altele fără influență reciprocă)

diapozitivul numărul 11

Descrierea diapozitivului:

Principalele prevederi ale teoriei ondulatorii Lumina este distribuția impulsurilor periodice elastice în eter. Aceste impulsuri sunt longitudinale și sunt similare cu impulsurile sonore din aer. Eterul este un mediu ipotetic care umple spațiul ceresc și golurile dintre particulele corpurilor. Este lipsită de greutate, nu respectă legea gravitatie, are o mare elasticitate. Principiul propagării oscilațiilor eterice este astfel încât fiecare dintre punctele sale, la care ajunge excitația, este centrul undelor secundare. Aceste unde sunt slabe, iar efectul se observă doar acolo unde suprafața lor învelișului trece - frontul de undă (principiul lui Huygens). Cu cât frontul de undă este mai departe de sursă, cu atât devine mai plat. Undele de lumină care vin direct de la sursă provoacă senzația de a vedea. Un punct foarte important în teoria lui Huygens a fost presupunerea că viteza de propagare a luminii este finită.

diapozitivul numărul 12

Descrierea diapozitivului:

Teoria undelor Teoria explică multe fenomene ale opticii geometrice: – fenomenul reflexiei luminii și legile acesteia; - fenomenul refracţiei luminii şi legile acestuia; – fenomenul de reflexie internă totală; - fenomenul dublei refracţii; - principiul independenței razelor de lumină. Teoria lui Huygens a dat următoarea expresie pentru indicele de refracție al mediului: Din formulă se poate observa că viteza luminii ar trebui să depindă invers de indicele absolut al mediului. Această concluzie era opusă concluziei care decurge din teoria lui Newton.

diapozitivul numărul 13

Descrierea diapozitivului:

Teoria undelor Mulți s-au îndoit de teoria undelor a lui Huygens, dar printre puținii susținători ai vederilor undelor despre natura luminii s-au numărat M. Lomonosov și L. Euler. Din cercetările acestor oameni de știință, teoria lui Huygens a început să prindă contur ca o teorie a undelor, și nu doar oscilații aperiodice care se propagă în eter. A fost dificil de explicat propagarea rectilinie a luminii, ducând la formarea de umbre ascuțite în spatele obiectelor (conform teoriei corpusculare, mișcarea rectilinie a luminii este o consecință a legii inerției) doar din punctul de vedere al teoriei undelor. .

diapozitivul numărul 14

Descrierea diapozitivului:

Secolele XI-XX În a doua jumătate a secolului XIX, Maxwell a arătat că lumina este un caz special de unde electromagnetice. Lucrările lui Maxwell au pus bazele teoriei electromagnetice a luminii După descoperirea experimentală a undelor electromagnetice de către Hertz, nu a existat nicio îndoială că lumina se comportă ca o undă în timpul propagării. Ele nu există nici acum, însă, la începutul secolului al XX-lea, ideile despre natura luminii au început să se schimbe radical. S-a dovedit brusc că teoria corpusculară respinsă este încă relevantă pentru realitate. S-a dovedit că în timpul emisiei și absorbției, lumina se comportă ca un flux de particule.

diapozitivul numărul 15

Descrierea diapozitivului:

Secolele XI-XX Au fost descoperite proprietăți discontinue (cuantice) ale luminii. A apărut o situație neobișnuită: fenomenele de interferență și difracție ar putea fi încă explicate prin luarea în considerare a luminii ca undă, iar fenomenele de radiație și absorbție - prin considerarea luminii ca un flux de particule. Prin urmare, oamenii de știință au căzut de acord asupra ideii de corpuscular. -dualismul ondulatoriu (dualitatea) proprietăților luminii. Astăzi, teoria luminii continuă să se dezvolte.

Primele spectacole despre natura luminii , care au apărut printre vechii greci și egipteni, în viitor, pe măsură ce s-au inventat și îmbunătățit diverse instrumente optice, acestea s-au dezvoltat și s-au transformat.

În Evul Mediu au devenit cunoscute regulile empirice pentru construirea imaginilor date de lentile. În 1590 Z. Jansen a construit primul microscop, în 1609 G. Galileo a inventat telescopul. Legea cantitativă a refracției luminii la trecerea prin interfața dintre două medii a fost stabilită în 1620 de W. Snell. Înregistrarea matematică a acestei legi în formă îi aparține lui R. Descartes (1637), de asemenea, a încercat să explice această lege pe baza teoria corpusculară. Ulterior, fundamentul construcției opticii geometrice a fost completat cu formularea principiului lui Fermat (1660).

Dezvoltarea ulterioară a opticii este legată de descoperiri difracţieși interferență lumina (F. Grimaldi, 1665), birefringenta(E. Bartholin, 1669) și cu lucrările lui I. Newton, R. Hooke, H. Huygens.

La sfârșitul secolului al XVII-lea, pe baza secolelor de experiență și a dezvoltării ideilor despre lumină, au apărut două teorii puternice despre lumină - corpuscular (Newton – Descartes) și val (Hooke - Huygens).

I. Newton a dezvoltat opinii corpusculare asupra naturii luminii într-o teorie coerentă a fluxului. Ușoară – corpusculi emise de corpuri și zburând cu viteză mare. În mod firesc, Newton a aplicat legile mecanicii formulate de el la analiza mișcării corpusculilor de lumină. Din aceste idei, el a dedus cu ușurință legile reflexiei și refracției luminii (Fig. 7.11):

Orez. 7.11 - 7.13

Cu toate acestea, din raționamentul lui Newton rezultă că viteza luminii în materie este mai mare decât viteza luminii în vid: .

În plus, în 1666, Newton a arătat că lumina albă este compozită și conține „culori pure”, fiecare dintre acestea fiind caracterizată prin refracția sa (Fig. 7.12), adică. a dat conceptul de dispersie a luminii. Această caracteristică a fost explicată prin diferența dintre masele corpusculilor.

În același timp, în secolul al XVII-lea. (împreună cu conceptul Descartes - Newton) a dezvoltat opusul, teoria undelor Hooke-Huygens că lumina este un proces de propagare deformatii longitudinaleîntr-un mediu oarecare,pătrunzând tot corpul, –in aer .

Până la sfârșitul secolului al XVII-lea. În optică, s-a dezvoltat o situație foarte ciudată. Ambele teorii au explicat regularitățile optice de bază: rectitudinea propagării, legile reflexiei și refracției. Încercările ulterioare de a explica mai pe deplin faptele observate au dus la dificultăți în ambele teorii.

Huygens nu a putut explica motivele fizice ale prezenței diferitelor culori și mecanismul de modificare a vitezei de propagare a luminii în eterul care pătrunde în diferite medii.

I-a fost dificil pentru Newton să explice de ce, atunci când se încadrează la limita a două medii, au loc reflexia și refracția parțială, precum și interferența și dispersia luminii. Cu toate acestea, autoritatea uriașă a lui Newton și incompletitudinea teoriei valurilor au dus la faptul că întregul secol al XVIII-lea. trecută sub semnul teoriei corpusculare.

Începutul secolului al XIX-lea caracterizată prin dezvoltarea intensivă a matematicii teorii ale oscilațiilor și undelorși aplicarea ei la explicarea unui număr de fenomene optice. În legătură cu munca lui T. Jung și O. Fresnel, victoria a trecut temporar la optica undelor.

· 1801 T. Jung formulează principiul interferenței și explică culorile peliculelor subțiri.

· 1818 O. Fresnel explică fenomenul de difracţie.

· 1840 O. Fresnel și D. Argo investighează interferența luminii polarizate și demonstrează transversalitatea vibrațiilor luminii.

· 1841 O. Fresnel construiește teoria vibrațiilor cristalo-optice.

· 1849 A. Fizeau a măsurat viteza luminii și a calculat indicele de refracție al apei conform teoriei undelor, care a coincis cu experimentul.

· 1848 M. Faraday a descoperit rotația planului de polarizare a luminii într-un câmp magnetic (efectul Faraday).

· 1860 J. Maxwell, pe baza descoperirii lui Faraday, a ajuns la concluzia că lumina sunt unde electromagnetice, nu elastice.

1888 G. Hertz a confirmat experimental că câmpul electromagnetic se propagă cu viteza luminii cu.

1899 P.N. Lebedev a măsurat presiunea luminii.

Se părea că disputa a fost complet rezolvată în favoarea teoriei ondulatorii a luminii, încă de la mijlocul secolului al XIX-lea. Au fost descoperite fapte care indică legătura și analogia fenomenelor optice și electrice. Faraday, Maxwell și alți oameni de știință au arătat că lumina este un caz special al unei unde electromagnetice . Doar acest interval de lungimi de undă ne afectează ochiul și este de fapt lumină. Dar atât undele mai lungi, cât și cele mai scurte sunt de aceeași natură cu lumina.

Cu toate acestea, în ciuda progreselor uriașe în teoria electromagnetică a luminii, să sfârşitul XIX-leaîn. au început să se acumuleze fapte noi care au contrazis teoria ondulatorie a luminii. Teoria undelor nu a putut explica distribuția energiei în spectrul de radiații al unui corp complet negru și fenomenul efectului fotoelectric, care a fost studiat de A.G. Stoletov.

În 1900, Max Planck a arătat că radiația corpului negru poate fi explicată presupunând că lumina este emisă nu continuu, ci în porțiuni, cuante cu energie, unde ν este frecvența, h este constanta lui Planck.

Max Planck(1858–1947). Din 1874 a studiat fizica cu Gustav Kirchhoff și Hermann Helmholtz la Universitatea din München. În 1930, Max Planck a devenit șeful Institutului de Fizică Kaiser Wilhelm (acum Institutul Max Planck) și a deținut această funcție până la sfârșitul vieții sale. În 1900, în lucrarea sa despre radiația termică de echilibru, Planck a introdus pentru prima dată ipoteza că energia unui oscilator ia valori discrete proporționale cu frecvența de oscilație, ceea ce a marcat începutul fizicii cuantice. Max Planck a avut, de asemenea, o mare contribuție la dezvoltarea termodinamicii.

În 1905, Albert Einstein a explicat legile efectului fotoelectric pe baza conceptului de particule de lumină - „ cuante "Sveta," fotonii ", a cărui masă

.

Acest raport se leagă caracteristicile corpusculare ale radiațiilor, masa și energia unui cuantum ,cu val - frecvență și lungime de undă.

Lucrarea lui Planck și Einstein a fost începutul dezvoltării fizică cuantică .

Așadar, ambele teorii - atât undele cât și cele cuantice - s-au dezvoltat simultan, având avantajele și dezavantajele lor indubitabile și, parcă, s-au completat reciproc. Oamenii de știință au început deja să ajungă la concluzia că lumina este atât valuri, cât și corpusculi. Și în 1922, A. Compton a dovedit în cele din urmă că undele electromagnetice de raze X sunt atât corpusculi (fotoni, cuante) cât și unde.

Astfel, un lung drum de cercetare a condus la idei moderne despre natura undă corpusculară duală a luminii.

Interesul pentru fenomenele optice este de înțeles. Aproximativ 80% din informațiile despre lumea din jurul unei persoane le primesc prin viziune. Fenomenele optice sunt întotdeauna vizuale și susceptibile de analiză cantitativă. Foarte multe concepte fundamentale, cum ar fi interferența, difracția, polarizarea etc., sunt acum utilizate pe scară largă în zone departe de optică, datorită vizibilității subiectului și acurateței conceptelor teoretice.

Până la jumătatea secolului al XX-lea, se părea că optica, ca știință, și-a finalizat dezvoltarea. Cu toate acestea, în ultimele decenii, în această zonă a fizicii au avut loc schimbări revoluționare, asociate atât cu descoperirea de noi regularități (principii de amplificare cuantică, lasere), cât și cu dezvoltarea unor idei bazate pe concepte clasice și bine testate.

Cel mai important eveniment din optica modernă este descoperirea experimentală a metodelor de generare a emisiei stimulate de atomi și molecule - crearea unui generator cuantic optic (laser) (A.M. Prokhorov, N.G. Basov și C. Townes, 1954).

În optica fizică modernă, conceptele cuantice nu contrazic conceptele de undă, ci sunt combinate pe baza mecanica cuanticăși electrodinamică cuantică.