Лекция 7
ОПТИКА
Оптика – раздел физики, в котором изучаются свойства света, его физическая природа и законы распространения и взаимодействия света с веществом.
Свет – оптическое излучение – электромагнитные волны с частотой 
В состав оптического излучения входят видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение.
Оптику принято делить на волновую и геометрическую.
Волновая оптика – раздел оптики, изучающей оптические явления в которых проявляется волновая природа света (и т.д.)
Геометрическая оптика – раздел оптики, в котором рассматриваются законы распространения света в прозрачных средах на основе представлений о свете как о совокупности световых лучей – линий, вдоль которых распространяется энергия световых волн.
Законы геометрической оптики используются для описания наблюдаемых явлений, если эффекты, связанные с волновой природой света, не существенны. Основные законы геометрической оптики: закон прямолинейного распространения света, отражения и преломления света.
Явления интерференции, дифракции и поляризации свидетельствуют о волновой природе света. Однако наблюдаются и другие процессы, например фотоэлектрический эффект, которые объясняются на основе квантовых представлений о свете. А на основе квантовых представлений о свете оказывается невозможным дать объяснение интерференции и дифракции.
Ньютон считал, что свет есть поток частиц – корпускул, скорость движения которых различна в различных средах. Гюйгенс полагал, что свет – волновой процесс. Исследования Юнга, Френеля, Максвелла, Герца позволили развить волновую трактовку природы света и показать, что свет представляет собой электромагнитные волны.
В начале 20 века начинают развиваться квантовые представления о свете. Планк показал, что только при поглощении световой энергии в виде отдельных частиц – квантов, возможно объяснить поглощение света абсолютно черным телом. Исследования Комптона, Вавилова, Боте. Иоффе и многих других физиков позволили расширить преставления о квантовых свойствах светового излучения.
Свет представляет собой сложное явление, сочетающее свойства волнового и корпускулярного движения.
Свет – это физический объект, который обладает двойственными свойствами, в одних взаимодействиях он выступает как электромагнитная волна, а в других как поток особых частиц – фотонов. Свет обладает свойством корпускулярно – волнового дуализма.
Волновая оптика
Интерференция
Интерференция – явление, возникающее при наложении двух (или более) электромагнитных волн, имеющих одинаковый период колебаний, и выражающееся в перераспределении энергии электромагнитных волн в пространстве.
Волны 
Колебания 
а)
б)
Для наблюдения явления интерференции необходимо, чтобы волны были когерентными, постоянная разность фаз 
Дифракция
Дифракция - отклонение волн от прямолинейного пути, при прохождении вблизи краев экранов, отверстий и других неоднородностей.
Дифракция как и интерференция характерны не только для электромагнитных волн. Например, звук слышен за углом здания из-за огибания звуковой волной препятствия. Наш повседневный опыт показывает и другое: свет от источника, падая на предмет, не огибает его, наблюдается резкая тень. Тем не мене дифракция света существует, а для ее наблюдения необходимо создать специальные условия.
Принцип Гюйгенса – Френеля. Каждая точка среды, до которой дошла волна, становится самостоятельным источником вторичных волн, новый фронт волны образуется в результате интерференции вторичных волн.
Как показал Френель дифракция света – огибание препятствий световой волной – наблюдается в случае препятствий незначительных размеров. Например для световой волны зеленого цвета 
дифракция будет наблюдаться, если размеры неоднородностей ~1 мм2. Для звуковых волн 
размеры препятствий могут достигать десятков метров.
Дифракция на пространственных неоднородностях объясняет многие явления атмосферной оптики: радугу, гало и венцы вокруг Солнца и Луны и др.
Дифракция – общее свойство всех видов волн.
Поляризация
Поляризация электромагнитных волн – совокупность явлений, в которых проявляется свойство поперечности электромагнитных волн.
Электромагнитная волна называется поляризованной, если в волне существует выделенное направление колебаний векторов напряженности электрического поля 
и индукции магнитного поля 
в плоскости, перпендикулярной направлению ее распространения.
Геометрическая оптика
В оптически однородной среде лучи прямолинейны, на границе раздела двух сред они подчиняются законам отражения и преломления. Пучки световых лучей могут пересекаться, не интерферируя и распространяясь независимо друг от друга.
Линза – прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными или криволинейной и плоской поверхностями. Тонкая линза – линза, для которой ее толщина мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей. В противном случае линза называется толстой.
Главная оптическая ось – прямая проходящая через центры кривизны ее поверхностей. В тонкой линзе точки пересечения главной оптической оси с обеими поверхностями линзы сливаются в одну точку, называемую оптическим центром линзы.
Оптическая сила линзы
,
f – фокусное расстояние линзы
Формула линзы 
и 
- расстояния от предмета и его изображения отсчитываемые от оптического центра линзы вдоль ее главной оптической оси.
, абсолютные показатели преломления для материала линзы и окружающей среды.
