Riwayat Optik Fisik, Ketentuan Sering, Hukum, Aplikasi

Itu Optik fisik Ini adalah bagian dari optik yang mempelajari sifat fenomena cahaya dan fisik yang bergelombang yang hanya dipahami dari model yang tidak bergambar. Ini juga mempelajari fenomena gangguan, polarisasi, difraksi dan fenomena lain yang tidak dapat dijelaskan dari perspektif geometris.

Model undulatory mendefinisikan cahaya sebagai gelombang elektromagnetik yang medan listrik dan magnetnya bervariasi secara tegak lurus satu sama lain.

Gelombang elektromagnetik [oleh Lennart Kudling Raphaël Deknop (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/file: electromagnetic_wave_color.Pdf)]

Medan listrik (DAN) Gelombang cahaya berperilaku mirip dengan medan magnetnya (B), tetapi medan listrik pada magnetik mendominasi oleh hubungan Maxwell (1831-1879) yang menetapkan yang berikut:

DAN= CB

Di mana C = Kecepatan perambatan gelombang.

Optik fisik tidak menjelaskan spektrum penyerapan dan emisi atom. Di sisi lain, optik kuantum jika Anda membahas studi tentang fenomena fisik ini.

[TOC]

Sejarah

Sejarah optik fisik dimulai dengan percobaan yang dilakukan oleh Grimaldi (1613-1663), yang mengamati bahwa bayangan yang diproyeksikan oleh objek yang diterangi lebih luas dan dikelilingi oleh garis-garis berwarna.

Fenomena yang diamati memanggilnya difraksi. Karya eksperimentalnya membawanya untuk meningkatkan sifat cahaya yang bergelombang, bertentangan dengan konsepsi Isaac Newton yang mendominasi selama abad ke -18.

Paradigma Newton menetapkan bahwa cahaya berperilaku seperti sinar sel kecil yang bergerak dengan kecepatan tinggi di lintasan bujursangkar.

Robert Hooke (1635-1703) membela sifat cahaya yang bergelombang, dalam studinya tentang warna dan refraksi, menyatakan bahwa cahaya berperilaku seperti gelombang suara yang merambat dengan cepat hampir secara instan melalui media material.

Kemudian Huygens (1629-1695), berdasarkan ide-ide Hooke, mengkonsolidasikan teori cahaya bergelombang di dalamnya I TACAN DE LA LUMIère (1690) Di mana gelombang cahaya yang dipancarkan oleh tubuh bercahaya disebarkan melalui media yang halus dan elastis yang disebut eter.

Teori bergelombang Huygens menjelaskan fenomena refleksi, refraksi dan difraksi jauh lebih baik daripada teori sel -sel Newton, dan menunjukkan bahwa kecepatan cahaya berkurang dengan bergerak dari media yang kurang padat ke satu media yang lebih padat lebih padat lebih padat.

Gagasan Huygens tidak diterima oleh para ilmuwan saat itu karena dua alasan. Yang pertama adalah ketidakmungkinan menjelaskan definisi dengan memuaskan eter, Dan yang kedua adalah prestise Newton di sekitar teorinya tentang mekanik yang memengaruhi sebagian besar ilmuwan untuk memutuskan untuk mendukung paradigma cahaya sel.

Kebangkitan teori bergelombang

Pada awal abad ke-19, Tomas Young (1773-1829) membuat komunitas ilmiah menerima model huygens dari hasil eksperimen interferensi cahayanya. Eksperimen diizinkan untuk menentukan panjang gelombang dari berbagai warna.

Pada tahun 1818 Fresnell (1788-1827) memikirkan kembali teori bergelombang Huygens berdasarkan prinsip interferensi. Dia juga menjelaskan fenomena Birrefringencia de la Luz, yang memungkinkannya untuk menegaskan bahwa cahaya adalah gelombang melintang.

Pada 1808 Arago (1788-1853) dan Malus (1775-1812) menjelaskan fenomena polarisasi cahaya dari model undulatory.

Hasil percobaan Fizeau (1819-1896) pada tahun 1849 dan Foucalt (1819-1868) pada tahun 1862 diizinkan untuk memverifikasi bahwa cahaya menyebar lebih cepat di udara daripada di dalam air, bertentangan dengan penjelasan yang diberikan oleh Newton.

Dapat melayani Anda: apa itu kekasaran relatif dan absolut?

Pada tahun 1872, Maxwell menerbitkannya Perjanjian tentang Listrik dan Magnet, di mana ia mengumumkan persamaan yang mensintesis elektromagnetisme. Dari persamaannya ia memperoleh persamaan gelombang yang memungkinkan menganalisis perilaku gelombang elektromagnetik.

Maxwell menemukan bahwa kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik terkait dengan media propagasi dan bertepatan dengan kecepatan cahaya, menyimpulkan bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik.

Akhirnya, Hertz (1857-1894) pada tahun 1888 berhasil memproduksi dan mendeteksi gelombang elektromagnetik dan mengkonfirmasi bahwa cahaya adalah jenis gelombang elektromagnetik.

Apa yang mempelajari optik fisik?

Fenomena studi optik fisik terkait dengan sifat cahaya yang bergelombang, seperti gangguan, difraksi dan polarisasi.

Gangguan

Gangguan adalah fenomena dimana dua atau lebih gelombang cahaya tumpang tindih hidup berdampingan di daerah ruang yang sama, membentuk pita cahaya yang terang dan gelap.

Pita terang terjadi ketika beberapa gelombang ditambahkan untuk menghasilkan gelombang yang lebih tinggi. Jenis gangguan ini disebut gangguan konstruktif.

Ketika gelombang tumpang tindih untuk menghasilkan gelombang luas yang lebih rendah, gangguan disebut gangguan destruktif, dan pita cahaya gelap diproduksi.

Gangguan [oleh inductivead (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/file: konstruktif_interference.Svg)]

Cara pita berwarna didistribusikan disebut pola interferensi. Gangguan dapat dilihat di gelembung sabun atau di lapisan oli jalan basah.

Difraksi

Fenomena difraksi adalah perubahan arah perambatan yang dialami gelombang cahaya dengan mempengaruhi hambatan atau membuka mengubah amplitudo dan fasenya.

Seperti fenomena gangguan, difraksi adalah hasil tumpang tindih dari gelombang koheren. Dua atau lebih gelombang cahaya konsisten ketika berkisar dengan frekuensi yang sama dengan mempertahankan rasio fase konstan.

Saat hambatan meningkat.

Polarisasi

Polarisasi adalah fenomena fisik dimana gelombang bergetar dalam satu arah tegak lurus terhadap bidang yang mengandung medan listrik. Jika gelombang tidak memiliki arah propagasi tetap, dikatakan bahwa gelombang tidak terpolarisasi. Ada tiga jenis polarisasi: polarisasi linier, polarisasi melingkar dan polarisasi elips.

Jika gelombang bergetar sejajar dengan garis tetap yang menggambarkan garis lurus di bidang polarisasi, dikatakan bahwa itu terpolarisasi secara linear.

Ketika medan listrik gelombang menggambarkan lingkaran di bidang tegak lurus terhadap arah propagasi yang sama, menjaga magnitudo konstannya, dikatakan bahwa gelombang terpolarisasi secara melingkar.

Jika vektor medan listrik gelombang menggambarkan elips di bidang tegak lurus dengan arah propagasi yang sama dikatakan bahwa gelombang dipolarisasi secara elips.

Istilah yang sering dalam optik fisik

Polarisasi

Ini adalah filter yang hanya memungkinkan bagian dari cahaya yang berorientasi pada satu arah tertentu melewati tanpa melewatkan gelombang yang berorientasi pada arah lain.

Dapat melayani Anda: Diagram Tubuh Gratis

Gelombang depan

Itu adalah permukaan geometris di mana semua bagian gelombang memiliki fase yang sama.

Fase amplitudo dan gelombang

Amplitudo adalah perpanjangan maksimum gelombang. Fase gelombang adalah keadaan getaran dalam sekejap waktu. Dua gelombang berada dalam fase ketika mereka memiliki keadaan getaran yang sama.

Sudut brewster

Itu adalah sudut kejadian cahaya yang melaluinya gelombang cahaya yang dipantulkan sepenuhnya terpolarisasi.

Inframerah

Cahaya tidak terlihat oleh mata manusia dalam spektrum radiasi elektromagnetik 700nm 1000μm.

Kecepatan cahaya

Ini adalah konstanta kecepatan propagasi gelombang bercahaya dalam kekosongan yang nilainya 3 × 10⁸MS. Cahaya cahaya cahaya bervariasi saat disebarkan dalam media material.

Panjang gelombang

Ukuran jarak antara satu lambang dan lambang lain atau antara satu lembah dan lembah gelombang lainnya untuk menyebar.

Ultraungu

Radiasi elektromagnetik yang tidak terlihat dengan spektrum panjang gelombang kurang dari 400nm.

Hukum Optik Fisik

Beberapa hukum optik fisik yang menggambarkan fenomena polarisasi dan gangguan disebutkan di bawah ini

Hukum Fresnell dan Arago

1. Dua gelombang cahaya dengan polarisasi linier, koheren dan ortogonal tidak saling mengganggu untuk membentuk pola interferensi.
2. Dua gelombang cahaya dengan polarisasi linier, koheren dan paralel dapat mengganggu di wilayah ruang angkasa.
3. Dua gelombang cahaya alami dengan polarisasi linier, non -koheren dan ortogonal tidak saling mengganggu untuk membentuk pola interferensi.

Hukum Malus

Hukum malus menetapkan bahwa intensitas cahaya yang ditransmisikan oleh polarizer berbanding lurus dengan kuadrat kosinus sudut yang membentuk sumbu transmisi polarizer dan sumbu polarisasi dari insiden cahaya. Dengan kata lain:

I = i₀cos²θ

I =Itensitas cahaya yang ditransmisikan oleh polarizer

θ = Sudut antara sumbu transmisi dan sumbu polarisasi dari balok insiden

yo₀ = Intensitas Cahaya Insiden

Hukum malus [oleh freshneesz (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/file: malus_law.Svg)]

Hukum Brewster

Balok cahaya yang dipantulkan oleh permukaan sepenuhnya terpolarisasi, dalam arah normal ke bidang kejadian cahaya, ketika sudut yang membentuk balok yang dipantulkan dengan balok yang dibiaskan sama dengan 90 °.

Hukum Brewster [oleh Pajs (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/file: brewsters-sudut.Svg)]

Aplikasi

Beberapa aplikasi optik fisik sedang dalam studi kristal cair, dalam desain sistem optik dan metrologi optik.

Kristal cair

Kristal cair adalah bahan antara keadaan padat dan keadaan cair, yang molekulnya memiliki momen dipol yang menginduksi polarisasi cahaya yang mempengaruhi mereka. Dari properti ini, layar kalkulator, monitor, laptop dan ponsel telah dikembangkan.

Jam Digital dengan Liquid Crystal Screen (LCD) [oleh BBCLCD (https: // commons.Wikimedia.org/wiki/file: casio_lcd_watch_f-e10.Jpg)]

Desain Sistem Optik

Seringkali, sistem optik digunakan dalam kehidupan sehari -hari, dalam sains, teknologi dan kesehatan. Sistem optik memungkinkan pemrosesan, mendaftarkan dan mengirimkan informasi dari sumber seperti matahari, LED, lampu tungsten atau laser. Contoh sistem optik adalah difraktometer dan interferometer.

Metrologi Optik

Ini bertanggung jawab untuk melakukan pengukuran resolusi tinggi parameter fisik berdasarkan gelombang cahaya. Pengukuran ini dilakukan dengan interferometer dan instrumen refraksi. Di area medis, metrologi digunakan untuk melakukan pemantauan konstan tanda -tanda vital pasien.

Itu dapat melayani Anda: magnetisasi: momen magnetik orbital dan putaran, contoh

Penelitian terbaru dalam optik fisik

Efek kerker optomekanik (a. V. Poshakinskiy1 dan a. N. Poddubny, 15 Januari 2019)

POSHAKINSKIY dan PODDUBNY (1) menunjukkan bahwa partikel nanometrik dengan gerakan getaran dapat memanifestasikan efek optik-mekanis yang mirip dengan yang diusulkan oleh Kerker et al (2) pada tahun 1983.

Efek Kerker adalah fenomena optik yang terdiri dari mendapatkan arah yang kuat dari cahaya yang tersebar oleh partikel bola magnetik. Arah ini mensyaratkan bahwa partikel memiliki respons magnetik dengan intensitas yang sama dengan kekuatan listrik.

Efek Kerker adalah proposal teoretis yang membutuhkan partikel material dengan karakteristik magnetik dan listrik yang saat ini tidak ada di pascaha dan sifat Poddubny mencapai efek yang sama pada partikel nanometri, tanpa respons magnetik yang signifikan, yang bergetar di ruang angkasa.

Para penulis menunjukkan bahwa getaran partikel dapat menciptakan polarisasi magnetik dan listrik yang mengganggu dengan benar, karena diinduksi dalam partikel komponen polaritas magnetik dan listrik dari urutan besarnya yang sama ketika dispersi cahaya inelastik dipertimbangkan.

Para penulis mengusulkan penerapan efek optik-mekanis pada perangkat optik nanometrik saat membuatnya bergetar dengan penerapan gelombang akustik.

Komunikasi optik ekstrakporporal (D. R. Dhatchayeny dan y. H. Chung, Mei 2019)

Dhatchayeny dan Chung (3) mengusulkan sistem eksperimental komunikasi optik ekstrakporporal (OEBC) yang dapat mengirimkan informasi tentang tanda -tanda vital orang melalui aplikasi pada ponsel dengan teknologi Android. Sistem ini terdiri dari satu set sensor dan konsentrator dioda (pengaturan LED).

Sensor ditempatkan di berbagai bagian tubuh untuk mendeteksi, memproses dan mengkomunikasikan tanda -tanda vital seperti denyut nadi, suhu tubuh dan laju pernapasan. Data dikumpulkan melalui pengaturan LED dan dikirim melalui kamera ponsel dengan aplikasi optik.

Susunan LED memancarkan cahaya dalam kisaran panjang gelombang pencar Rayleight Gans Debye (RGB). Setiap kombinasi warna dan warna yang dipancarkan terkait dengan tanda -tanda vital.

Sistem yang diusulkan oleh penulis dapat memfasilitasi pemantauan tanda -tanda vital secara andal, karena kesalahan dalam hasil eksperimen minimal.

Referensi

1. Efek Kerker Optomekanik. POSHAKINSKIY, A V dan PODDUBNY, A N. 1, 2019, Tinjauan Fisik X, Vol. 9, hlm. 2160-3308.
2. Hamburan elektromagnetik dengan bola magnetik. Kerker, M, Wang, D S dan Giles, C L. 6, 1982, Jurnal Masyarakat Optik Amerika, Vol. 73.
3. Komunikasi ekstra-tubuh optik menggunakan kamera ponsel pintar untuk transmisi tanda vital manusia. Dhatchayeny, d dan chung, dan. 15, 2019, Appl. Memilih., Vol. 58.
4. Al-Azzawi, a. Prinsip dan Praktik Optik Fisik. Boca Raton, FL: CRC Press Taylor & Francis Group, 2006.
5. Grattan-guiness, i. Encyclopedia pendamping Sejarah dan Filsafat Ilmu Matematika. New York, AS: Routledge, 1994, Vol. Ii.
6. Akhmanov, S A dan Nikitin, S Yu. Optik fisik. New York: Oxford University Press, 2002.
7. Lipson, A, Lipson, S G dan Lipson, H. Optik fisik. Cambridge, Inggris: Cambridge University Press, 2011.
8. Mickelson, r. Optik fisik. New York: Springer Science+Business Media, 1992.
9. Jenkins, f a dan putih, h e. Dasar -dasar optik. NY: Pendidikan Tinggi McGraw Hill, 2001.