· Период колебаний (Т) - наименьший промежуток времени, за который осциллятор совершает одно полное колебание (то есть возвращается в то же состояние, в котором она находилась в первоначальный момент, выбранный произвольно).
· Фаза колебаний (м)-- физическая величина, при заданной амплитуде и коэффициенте затухания, определяющая состояние колебательной системы в любой момент времени
(Дм= м1- м0) Л=c/V (c=3.10 в 8) V(фазовая скорость)=1/T критическими зарядам.
4. Интерференция и дифракция. Кольца Ньютона. Угол дифракции, функция рассеяния точки.
Открытию волновой природы света послужили такие оптические явления, как интерференция, дифракция и поляризация.
· Интерференция - перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких световых волн. Так в одних местах возникают максимумы, а в других - минимумы интенсивности (интерференционная картина, кольца Ньютона).
Интенсивность - плотность потока энергии - количество энергии, проходящей через единицу площади за единицу времени.
Условия интерференции:
1) Волны должны быть когерентными - волны с одинаковой частотой и постоянной во времени разностью фаз.
2) Волны должны быть линейно поляризованными, а их плоскости поляризации - параллельными.
Образование светлых и тёмных полос в интерференционной картине объясняется следующим образом: светлые полосы возникают от накладывания волн в одной и той же фазе (максимума и минимума), а тёмные - при накладывании волн в противофазе (минимума на максимум). Чем больше разница периодов или чем быстрее меняется фаза одного из колебаний, тем быстрее меняется расположение максимумов и минимумов.
Монохроматические волны когерентны, если имеют одинаковый период.
Интерференция немонохроматического излучения приводит к сложной картинке, состоящей из совокупности максимумов и минимумов, соответствующих разным длинам волн.
В практике фотографов случай интерференции можно наблюдать при работе со сканером. Также явление интерференции используется при просветлении оптики.
· Дифракция - явление огибания светом препятствий.
· Свет отклоняется от прямолинейного распространения при прохождении препятствий, размеры которых сравнимы с длиной световой волны.
Пример: при прохождении света через малое круглое отверстие на экране вокруг центрального светлого пятна наблюдаются чередующиеся темные и светлые кольца (дифракционная картина).
Любой оптический инструмент, в том числе фотокамера или человеческий глаз, снабжён линзами и зеркалами, которые ограничивают волновой фронт. То есть, при получении изображения с помощью оптической системы всегда будет иметь место и дифракционная картина.
Даже в самых безупречных по качеству объективах нет резкого изображения светящейся точки, потому что точка в оптическом изображении передаётся сложной системой тёмных и светлых колец, называемой пятном рассеяния.
Причиной образования пятна рассеяния является дифракция - явление, которое устранить невозможно ничем, потому что оно заложено самой природой света - волновой.
Функция рассеяния точки (ФРТ) - одна из характеристик оптических свойств объектива - зависимость освещённости в оптическом изображении точки от пространственной координаты.
Точка не передается изображением точки, вместо неё получается пятно рассеяния.
Реальный световой луч неизбежно расширяется из-за дифракции света. Это расширение называется угловым расширением луча, пропущенного через диафрагму с диаметром d.
Угловое расширение определяется углом дифракции: чем больше диаметр объектива дающего изображение, тем теснее располагаются дифракционные кольца и тем меньше следов дифракции будет на изображении.
Но увеличение диаметра объектива вызывает другие искажения изображения, называемые аберрациями.
5. Явление линейной поляризации света. Поляризация при отражении и преломлении света. Закон Брюстера.
· Поляризация - ограничение колебаний света одной плоскостью.
Степень поляризации зависит от угла падения света и показателя преломления.
Показатель преломления - отношение скорости света в вакууме к скорости света в исследуемой среде.
Векторы электрического и магнитного полей световых волн колеблются перпендикулярно волновому вектору. То есть Е?Н?k.
Где Е - вектор электрического поля, Н - вектор магнитного поля, а вектор k - волновой вектор, который определяет направление, в котором происходит распространение колебаний электрического и магнитного полей.
Если заданы направления распространения k и направление одного из векторов, то направление другого определяется однозначно.
Однако крест векторов Е и Н может быть произвольно ориентирован в пространстве относительно направления распространения волнового фронта или луча.
· Неполяризованный свет - естественный свет, содержащий волны со всевозможными направлениями колебаний вектора Е (напряженности).
· Поляризованный свет - свет, содержащий световые волны с колебаниями вектора Е, лежащими только в одной плоскости.
· Частично поляризованный свет - можно рассматривать как смесь естественного и поляризованного.
· К такому виду можно отнести отраженный и преломленный свет, а также рассеянный свет голубого неба, за исключением прямых солнечных лучей.
Поляризатор - оптический прибор, пропускающий световые волны с колебаниями вектора Е, лежащими только в одной плоскости.
Виды поляризации:
2) Линейная поляризация - вектор Е совершает колебания вдоль прямой линии.
3) Круговая поляризация - вектор Е вращается в плоскости волнового фронта вокруг вектора направления движения.
4) Эллиптическая поляризация - вектор Е вращает вокруг вектора направления и меняет свою длину.
Двойное лучепреломление:
Если пропустить узкий пучок естественного света через кристалл, который по различным направлениям имеет разные оптические свойства, то, пройдя через кристалл, например, исландского шпата, пучок раздваивается. Из него выходят два пучка различного направления и различной интенсивности, которая зависит от ориентации кристалла относительно входящего луча. Если кристалл достаточно толстый, а пучок света достаточно узок, то из кристалла выходят два пучка, параллельных первоначальному, разделённых пространственно. В случае, когда падающий пучок нормален у естественной грани кристалла (угол падения равен нулю), преломленный пучок разделяется на два, причем один из них представляет продолжение падающего пучка, а второй уклоняется так, что угол преломления не равен нулю.
Первый из этих лучей назвали обыкновенным, а второй - необыкновенным. По отношению к каждому из этих лучей кристалл проявляет разные показатели преломления (раз лучи отклоняются на разные углы). Обыкновенный луч при всех направлениях вращения кристалла исландского шпата имеет один и тот же показатель преломления.
Закон Брюстера:
Чем больше угол падения луча, тем большая доля света поляризуется, а при определенном его значении свет поляризуется полностью.
Значение угла полной поляризации зависит от относительного показателя преломления и определяется соотношением:
Tg Y0 = N
Y0 - угол падения поляризации (угол Брюстера)
N- относительный показатель преломления
При дальнейшем увеличении угла паления доля поляризованного света вновь уменьшится.
Закон Брюстера распространяется и на преломление лучей. При падении под углом Брюстера поляризация преломленных лучей максимальная, но далеко не полная (для обычного стекла - 15%). Если преломленные, то есть частично поляризованные лучи, подвергнуть второму третьему и т.д преломлениям, то степень поляризации преломленных лучей возрастёт.
В объективе несколько линз, каждая из которых будет поляризовать свет при её прохождении. При полной поляризации луч отраженный и луч преломленный составляют прямой угол друг с другом. Угол Брюстера для стекла составляет почти 57?, для воды - около 53?, для глянцевой бумаги - 58?.
Знание значение угла поляризации облегчит фотографом борьбу с бликами.
6. Квант. Энергия и масса кванта. Скорость света при переходе из одной среды в другую.
Квант - неделимая порция какой-либо величины в физике.
· Фотон - квант электромагнитного поля; безмассовая частица, способная существовать, только двигаясь со скоростью света.
Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, он проявляет одновременно свойства частицы и волны.
Энергию квантов в физике принято выражать в электрон-вольтах. Это внесистемная единица измерения энергии. От энергии квантов напрямую зависит способность излучения производить определенное воздействие на вещество.
Многие процессы в веществе характеризуются пороговой энергией - если отдельные кванты несут меньшую энергию, то, как бы много их ни было, они не смогут спровоцировать надпороговый процесс.
· Скорость света - абсолютная величина скорости распространения электромагнитных волн в вакууме.
Скорость света при переходе из одной среды в другую:
Чем более плотная среда, тем меньше скорость света, чем менее плотная среда, тем больше скорость света. Максимальное значение скорости света = 3*10 в 8 степени м/с в вакууме (см. закон преломления).
7. Спектр. Условия образования спектров излучения. Характер распределения энергии в спектре. Непрерывные, линейчатые и полосатые спектры.
Спектр (призрак) электромагнитного излучения - зависимость интенсивности излучения от его частоты.
Спектры излучения образуются при испускании (эмиссии) излучения возбужденными системами.
Распределение энергии: непрерывные, линейчатые, полосатые спектры.
· Сплошной (непрерывный) - сплошная цветная полоса, переходящая от красного цвета к фиолетовому.
Непрерывный спектр излучают нагретые твёрдые тела, высокотемпературная плазма и сильно сжатые газы. Вид функции зависит от температуры и свойств излучающей поверхности.
Пример: спектр солнца - непрерывный, но до Земли он доходит, имея тёмные линии в местах поглощения света некоторыми элементами в недостаточно разогретом для испускания газообразном состоянии. Любой элемент в газообразном состоянии поглощает излучение точно таких же длин волн, какие он испускает.
· Линейчатый - состоит из узких пиков, выглядящих, как отдельные светлые линии различных цветов на темном фоне.
Его излучают разряженные атомарные газы или пары.
Линии спектра имеют конечную ширину и могут перекрываться. Тогда говорят, что линии не разрешаются. Каждая из линий характеризуется своей частотой и шириной. Чем ближе частота к нулю, тем ближе излучение к монохроматическому. Но и у спектральных линий есть некоторый конечный интервал частот - чистого монохроматического излучения в линейчатом спектре нет. Наиболее близко к монохроматическому излучение когерентных источников - лазеров.
· Полосатый - отдельные светлые полосы, разделенные темными промежутками.
Полосатый спектр излучают молекулы. Он состоит из большого числа близко расположенных линий. Составляющим спектра является наложенные друг на друга линейчатые спектры атомов и ионов входящие в состав молекул.
Набор частот спектральных линий является индивидуальной характеристикой вещества и его состояния (атомное, молекулярное и т.д).
Излучения имеют простые спектральные характеристики (линии) и сложные (непрерывные и полосатые спектры).
Излучения сложного спектрального состава, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни, а фотографы используют в своей профессиональной деятельности, имеют непрерывный или линейчатый спектр.
Фотометрия
1. Предмет фотометрии. Кривая видности глаза. Системы измерения фотометрических величин. Источники излучения в фотометрии. Основные фотометрические величины.