Golvende optica

Wat is golvende optica?

De golvende optica, ook wel genoemd Fysieke optiek, Bestudeer het gedrag van licht in zijn manifestatie als een golf. Het licht is een elektromagnetische golf en het was al voorspeld door James Clerk Maxwell (1831-1879) in zijn vergelijkingen.

Daarom ervaart licht dezelfde fenomenen als elk ander type golf. Op microscopisch niveau komt het licht voor dankzij het feit dat atomen en moleculen in de materie interne elektronenherstructurering ervaren. En door deze processen wordt licht uitgestoten, bestaande uit een elektrisch veld en een andere magnetische, beide afhankelijk van de tijd, die aan elkaar worden gegenereerd.

Breking is een van de fenomenen die zijn bestudeerd door golvende optica

Dergelijke velden, loodrecht gekoppeld, bewegen als een golf die zich kan verspreiden in een transversaal vacuüm. Dat wil zeggen, de golf oscilleert loodrecht op de voortplantingsrichting en golfsnelheid is een constante en in een vacuüm is het 300.000 km/s.

Wanneer het licht echter interactie heeft met materie, gedraagt ​​het zich als een deeltje. Dit deeltje wordt genoemd foton En het manifesteert zich onder andere fenomenen zoals zwarte lichaamsstraling en foto -elektrisch effect.

Daarom is optica verdeeld in drie gebieden:

• Golvende optica, Gericht op de golvende fenomenen van het licht.
• Kwantumoptiek, die in het licht studeren wanneer hij zich als een deeltje gedraagt ​​bij het omgaan met materie.
• Geometrische optiek, georiënteerd op de beschrijving van de geometrische aspecten van het traject van het licht: reflectie en breking.

Welke studies golvende optica?

De kleuren in deze regenboog op de vlakte van Castilla zijn te wijten aan de verschillende golflengten van het licht. De golvende optica zijn verantwoordelijk voor uw onderzoek

Ondulatoire optiek is het gebied van optica dat zich richt op de golvende fenomenen van het licht:

• Interferentie
• Diffractie
• Polarisatie
• Reflectie
• Breking

Het kan u van dienst zijn: eerste wet van thermodynamica: formules, vergelijkingen, voorbeelden

Hoewel reflectie en breking ook lichte manifestaties zijn, zijn geometrische optica deals, zoals eerder uitgelegd. Om dit te doen, maakt het gebruik van het straalmodel, waarin het licht wordt beschreven als een rechte lijn die loodrecht op de golffront gaat. Deze stralen zijn onafhankelijk van elkaar en volledig omkeerbaar.

Maar in dit model wordt niet overwogen dat de ervaringservaring diffractie, hoewel het is bewezen dat het daarom de geometrische optiek kan ontbreekt om veel aspecten van het gedrag van het licht te verklaren.

Omdat deze fenomenen alleen in golven optreden, betekent dit dat het licht alle kenmerken van een golf heeft, zowel ruimtelijk als tijdelijk. De eerste wetenschapper die dit suggereerde, was Christiaan Huygens (1629-1695) en handhaafde daarom een ​​bitter geschil met Isaac Newton (1642-1727), die altijd het corpusculaire karakter van het licht verdedigde.

Algemene kenmerken van een golf

Representatieve parameters van een sinusvormige golf

Een golf is een repetitieve verstoring die in principe kan worden gemodelleerd als een sinuscurve, of het nu een transversale of longitudinale golf is. De ruimtelijke kenmerken, dat wil zeggen die verwijzen naar de vorm van de golf, zijn:

-Randen en valleien: De hoogste en laagste posities zijn respectievelijk.

-Knooppunten: Ze zijn de kruispunten van de golf met de referentielijn die overeenkomt met de evenwichtspositie.

-Golflengte: Het wordt bijna altijd aangeduid door de Griekse letter λ (lambda) en wordt gemeten als de afstand tussen twee ribbels of twee opeenvolgende valleien. Of ook tussen een punt en het volgende punt dat op dezelfde hoogte is en tot de volgende cyclus of de vorige behoort. Elke kleur in het zichtbare lichtspectrum heeft een karakteristieke golflengte geassocieerd.

Kan u van dienst zijn: onmiddellijke versnelling: wat is het, hoe het wordt berekend en oefeningen

-Verlenging: Het is de verticale afstand gemeten tussen een punt dat tot de golf en de referentielijn behoort.

-Amplitude: komt overeen met maximale verlenging.

Wat betreft de tijdelijke kenmerken, zoals al is gezegd, de verstoring beweegt periodiek in tijd, daarom heeft een lichtgolf:

-Periode, duur van een fase.

-Frequentie: Aantal golven dat per tijdseenheid wordt geproduceerd. De periode en frequentie zijn omgekeerd voor elkaar.

-Snelheid: Het is het quotiënt tussen de golflengte λ en de t -periode:

V = λ /t

Twee sinusgolven met dezelfde amplitude en met een faseverschil. Bron: Wikimedia Commons.

Golvende eigenschappen

Interferentie

Elektromagnetische velden kunnen op een punt worden gecombineerd, volgens het superpositieprincipe. Dit betekent dat als twee lichtgolven van gelijke amplitude, frequentie en verschil in fase φ, overlappen op een ruimtepunt, hun respectieve elektromagnetische velden worden toegevoegd als vectoren.

Interferentie treedt op omdat de golf die het gevolg is van de overlapping een grotere breedte kan hebben voor de golven die een veel lagere golven verstoren, of integendeel. In het eerste geval wordt gezegd dat het gebeurt constructieve interferentie, En in het tweede is het om destructieve interferentie.

De eerste die de interferentie van de lichtgolven van twee bronnen demonstreerde, was de Engelse wetenschapper en Polyglot Thomas Young (1773-1829) in 1801 in zijn beroemde dubbele spleet-experiment.

Diffractie

De diffractie bestaat uit de afwijking van het rechtlijnige gedrag dat een golf lijdt wanneer het een obstakel of een opening op zijn pad ontmoet, op voorwaarde dat de afmetingen hiervan vergelijkbaar zijn met de golflengte.

Kan u van dienst zijn: Balancing Vector: berekening, voorbeelden, oefeningen

Geluidsgolfdiffractie is zeer gemakkelijk te experimenteren, maar omdat de golflengte van zichtbaar licht erg klein is, in de orde van enkele honderd nanometer, is het een beetje complexer om het te bepalen.

Polarisatie

Polarisatie van licht

Het licht bestaat uit twee loodrechte velden met elkaar, één elektrisch en één magnetisch, beide loodrecht op de voortplantingsrichting. Niet -gepolariseerd licht bestaat uit een wanordelijke overlapping van golven waarvan het elektrische veld willekeurige richtingen heeft, aan de andere kant, in gepolariseerd licht, het elektrische veld heeft een voorkeursrichting.

Toepassingen

Interferometrie

Optische interferometers zijn apparaten die worden gebruikt om afstanden te meten met hoge precisie. Bovendien kunnen ze ook golflengten, brekingsindices, de diameter van nabijgelegen sterren meten en de aanwezigheid van exoplaneten detecteren.

Het experiment van Michaelson-Morley werd uitgevoerd met een interferometer. In dit experiment bleek dat de snelheid van het licht constant is in een vacuüm.

Polarimetrie

Een polarimeter

Polarimetrie is een techniek die wordt gebruikt in de chemische analyse van stoffen door de rotatie van een straal van gepolariseerd licht dat een optisch substantie kruist. Het gebruik ervan komt vaak voor in de voedingsindustrie om de concentratie van suiker in drankjes zoals sappen en wijnen te bepalen.

Communicatie

In communicatie wordt licht gebruikt voor het vermogen om informatie te transporteren, bijvoorbeeld door middel van glasvezel, lasers en holografie, bijvoorbeeld.

Referenties

1. Figueroa, D. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Deel 7. Golven en kwantumfysica. Uitgegeven door Douglas Figueroa (USB).
2. Giambattista, een. 2010. Natuurkunde. 2e. ED. McGraw Hill.
3. Giancoli, D.  2006. Fysica: principes met toepassingen. 6e. Ed Prentice Hall.
4. Rex, a. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson.
5. Sears, Zemansky. 2016. Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde. 14e. ED. Deel 1. Pearson.