Comprendere la luce ci consente di capire come vediamo, percepiamo il colore e persino correggiamo la nostra visione con le lenti. Il campo dell' ottica Nel linguaggio quotidiano, la parola "luce" spesso significa davvero luce visibile La fonte di tutta la luce è l'elettromagnetismo, l'interazione dei campi elettrici e magnetici che permeano lo spazio. Le onde luminose In altre parole, la luce è una vibrazione in un campo elettromagnetico. Passa attraverso lo spazio come un'onda. Suggerimenti La velocità della luce nel vuoto è 3 × 10 8 m /s, il la massima velocità nell'universo! È una caratteristica unica e bizzarra della nostra esistenza che nulla viaggia più veloce della luce. E sebbene tutta la luce, sia visibile che no, viaggia alla stessa velocità, quando incontra materia Le interazioni della luce con la materia suggeriscono un'altra delle sue importanti caratteristiche: la sua natura particellare. Uno dei fenomeni più strani dell'universo, la luce è in realtà due cose contemporaneamente: un'onda e una particella. Questa dualità onda-particella A volte, i fisici trovano più utile pensare alla luce come un'onda, applicando ad essa gran parte della stessa matematica e proprietà che descrivono le onde sonore e altre onde meccaniche. In altri casi, modellare la luce come una particella è più appropriato, ad esempio se si considera la sua relazione con i livelli di energia atomica o il percorso che prenderà mentre si riflette su uno specchio. Se tutto la luce, visibile o no, è tecnicamente la stessa cosa - radiazione elettromagnetica - cosa distingue un tipo da un altro? Le sue proprietà d'onda. Le onde elettromagnetiche esistono in uno spettro di diverse lunghezze d'onda e frequenze. Come onda, la velocità della luce segue l'equazione della velocità dell'onda, dove la velocità è uguale al prodotto di lunghezza d'onda e frequenza: v \u003d λ × f In questa equazione, v Nel caso della luce, questo può essere riscritto con la variabile c c \u003d λ × f Suggerimenti c Questa relazione implica che la luce può avere qualsiasi combinazione di lunghezza d'onda o frequenza, purché i valori siano inversamente proporzionali e il loro prodotto sia uguale a c A diverse lunghezze d'onda e frequenze, la luce ha proprietà diverse. Quindi, gli scienziati hanno suddiviso lo spettro elettromagnetico in segmenti che rappresentano queste proprietà. Ad esempio, le frequenze molto alte di radiazione elettromagnetica, come i raggi ultravioletti, i raggi X o i raggi gamma, sono molto energiche - abbastanza da penetrare e danneggiare i tessuti del corpo. Altri, come le onde radio, hanno frequenze molto basse ma lunghezze d'onda elevate e attraversano corpi senza impedimenti per tutto il tempo. (Sì, il segnale radio che trasporta le tracce dei tuoi DJ preferiti attraverso l'aria al tuo dispositivo è una forma di radiazione elettromagnetica - luce!) Le forme di radiazione elettromagnetica da lunghezze d'onda più lunghe /frequenze più basse /bassa energia a lunghezze d'onda più brevi /frequenze più alte /alta energia sono: [inserisci diagramma dello spettro EM] Lo spettro di luce visibile si estende lunghezze d'onda da 380-750 nanometri (1 nanometro equivale a 10 -9 metri - un miliardesimo di metro, o circa il diametro di un atomo di idrogeno). Questa parte dello spettro elettromagnetico include tutti i colori dell'arcobaleno - rosso, arancione, giallo, verde, blu, indaco e viola - che sono visibili all'occhio. [Includi un diagramma con un ingrandimento del spettro visibile] Poiché il rosso ha la lunghezza d'onda più lunga dei colori visibili, ha anche la frequenza più piccola e quindi l'energia più bassa. È vero il contrario per blues e violette. Poiché l'energia dei colori non è la stessa, non è nemmeno la loro temperatura. In effetti, la misurazione di queste differenze di temperatura nella luce visibile ha portato alla scoperta dell'esistenza di altra luce invisibile per l'uomo. Nel 1800 Sir Frederick William Herschel ideò un esperimento per misurare la differenza di temperature per i diversi colori della luce solare che ha separato usando un prisma. Mentre ha effettivamente trovato temperature diverse in diverse regioni di colore, è stato sorpreso di vedere la temperatura più calda di tutte registrate sul termometro appena oltre il rosso, dove sembrava che non ci fosse alcuna luce. Questa è stata la prima prova che esisteva più luce di quella che gli umani potevano vedere. Ha chiamato la luce in questa regione infrarossi La luce bianca, di solito ciò che emette una lampadina standard, è una combinazione di tutti i colori. Il nero, al contrario, è la assenza Gli ingegneri e gli scienziati dell'ottica considerano la luce in due modi diversi nel determinare come rimbalza, combina e focalizza. Entrambe le descrizioni sono necessarie per prevedere l'intensità e la posizione finale della luce mentre si focalizza attraverso lenti o specchi. In un caso, gli ottici guardano la luce come una serie di fronti di onde trasversali L'ottica fisica iniziò dopo il 1801 quando Thomas Young scoprì le proprietà delle onde luminose. Aiuta a spiegare il funzionamento di tali strumenti ottici come reticoli di diffrazione, che separano lo spettro della luce nelle sue lunghezze d'onda componenti e lenti di polarizzazione, che bloccano determinate lunghezze d'onda. L'altro modo di pensare alla luce è come un raggio Disegnare diagrammi di raggi che mostrano il percorso della luce è fondamentale per progettare tali strumenti di focalizzazione della luce come lenti, prismi, microscopi, telescopi e macchine fotografiche. L'ottica geometrica esiste da più tempo dell'ottica fisica: nel 1600, nell'era di Sir Isaac Newton, le lenti correttive per la visione erano all'ordine del giorno.
si riferisce allo studio della luce.
Cos'è la luce?
, che è il tipo percepito dall'occhio umano. Tuttavia, la luce arriva in molte altre forme, la stragrande maggioranza delle quali gli esseri umani non possono vedere.
sono una forma di radiazione elettromagnetica
; In particolare, le onde elettromagnetiche sono oscillazioni auto-propaganti nei campi elettrici e magnetici.
, rallenta. Poiché la luce interagisce con la materia (che non esiste nel vuoto), più densa è la materia, più lentamente viaggia.
rende lo studio della luce in qualche modo dipendente dal contesto.
Lo spettro elettromagnetico
è la velocità dell'onda in metri al secondo (m /s), λ
è la lunghezza d'onda in metri (m) e f
è la frequenza in hertz (Hz).
per la velocità della luce nel vuoto:
è una variabile speciale che rappresenta la velocità della luce nel vuoto. In altri media (materiali), la velocità della luce può essere espressa come una frazione di c.
. In altre parole, la luce può avere una grande frequenza
e una piccola lunghezza d'onda, o viceversa.
The Visible Spectrum
, che si traduce direttamente in "sotto il rosso".
di qualsiasi luce - non è affatto un colore!
Fronti e raggi d'onda
, che sono ripetendo onde sinusoidali o a forma di S con creste e trogoli. Questo è l'approccio dell'ottica fisica
, poiché usa la natura ondulatoria della luce per capire come la luce interagisce con se stessa e conduce a schemi di interferenza, allo stesso modo in cui le onde nell'acqua possono intensificarsi o annullarsi a vicenda.
, un raggio che segue un percorso in linea retta. Un raggio viene disegnato come una linea retta che emana da una sorgente luminosa e indica la direzione in cui viaggia la luce. Esprimere la luce come raggio è utile in ottica geometrica
, che si riferisce maggiormente alla natura delle particelle di luce.
