Оптиката е гранка на физиката која вклучува проучување на светлината и нејзините интеракции со материјата. Ги опфаќа однесувањето и својствата на светлината, вклучувајќи ги нејзините интеракции со материјалите и конструкцијата на инструменти кои ја користат или детектираат. Оптиката е основа за многу области како што се астрономијата, инженерството, фотографијата и науката за видот.
Светлината е форма на електромагнетно зрачење што е видливо за човечкото око. Се однесува и како бран и како честичка, концепт познат како двојност бран-честичка. Како бран, светлината се карактеризира со нејзината бранова должина ( \(\lambda\) ) и фреквенција ( \(f\) ), кои се обратно поврзани со брзината на светлината ( \(c\) ) преку равенката \(c = \lambda \cdot f\) . Како честички, светлината се состои од фотони, кои носат енергија.
Рефлексијата е процес со кој светлината отскокнува од површината. Законот за рефлексија вели дека аголот на инциденца ( \(\theta_i\) ) е еднаков на аголот на рефлексија ( \(\theta_r\) ). Ова може да се изрази како \(\theta_i = \theta_r\) .
Прекршувањето е свиткување на светлината додека преминува од една средина во друга со различен индекс на рефракција. Снеловиот закон го опишува овој феномен и е даден со \(n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2)\) , каде што \(n_1\) и \(n_2\) се индексите на рефракција на медиумот и \(\theta_1\) и \(\theta_2\) се аглите на инциденца и рефракција, соодветно.
Леќите и огледалата се оптички уреди кои манипулираат со светлината преку рефлексија и прекршување за да формираат слики. Леќите се проѕирни предмети со заоблени површини кои ја прекршуваат светлината. Во зависност од нивната форма, тие можат да се спојуваат (со фокусирање на светлосните зраци) или да се разминуваат (ширејќи ги светлосните зраци) светлината. Фокусното растојание ( \(f\) ) на објективот е мерка за тоа колку силно конвергира или дивергира светлината и се пресметува со помош на формулата на производителот на леќите \(\frac{1}{f} = (n-1)\left(\frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2}\right)\) , каде што \(n\) е индексот на прекршување на материјалот на објективот, и \(R_1\) и \(R_2\) се радиусите на искривување на површините на леќите.
Огледалата , од друга страна, се рефлектирачки површини. Тие можат да бидат рамни (рамни огледала) или закривени (сферични огледала). Заоблените огледала, исто така, можат да бидат или конвергентни (конкавни огледала) или дивергентни (конвексни огледала). Фокусното растојание на сферичното огледало е дадено со \(f = \frac{R}{2}\) , каде што \(R\) е радиусот на искривување на огледалото.
Дифракцијата е свиткување на светлината околу аглите на препреката или отворот. Ја демонстрира брановата природа на светлината и е најзабележителна кога големината на пречката или отворот е споредлива со брановата должина на светлината. Дифракционата шема може да се пресмета со формулата \(\sin(\theta) = \frac{m\lambda}{d}\) , каде што \(m\) е редот на максимумот, \(\lambda\) е брановата должина, а \(d\) е ширината на процепот.
Интерференцијата е феномен каде што два или повеќе бранови се суперпонираат за да формираат резултатски бран со поголема, помала или иста амплитуда. Конструктивните пречки се јавуваат кога брановите се во фаза, што доведува до максимум во амплитудата, додека деструктивните пречки се случуваат кога брановите се надвор од фаза, што доведува до минимум. Моделот на пречки од два процепи може да се опише со \(\Delta y = \frac{\lambda L}{d}\) , каде што \(\Delta y\) е растојанието помеѓу светлите реси, \(L\) е растојанието до екранот, а \(d\) е растојанието помеѓу двата процепи.
Електромагнетниот спектар ги опфаќа сите видови на електромагнетно зрачење. Видливата светлина е само мал дел од спектарот и е опкружена со ултравиолетова (УВ) светлина од едната страна и инфрацрвена (IR) светлина од другата страна. Спектарот се движи од гама зраци, со многу кратки бранови должини, до радио бранови, со многу долги бранови должини. Секој тип на електромагнетно зрачење има свои намени, од медицински слики (Х-зраци) до безжична комуникација (радио бранови).
Оптиката има бројни апликации во различни области. Во медицината, оптичките инструменти како што се микроскопите и ендоскопите овозможуваат детално испитување на ткивата. Во комуникацијата, оптичките влакна го користат принципот на целосна внатрешна рефлексија за пренос на информации како светлосни импулси на долги растојанија. Во секојдневниот живот, камерите, очилата и контактните леќи ни помагаат да снимаме слики, да го исправиме видот и да го видиме светот појасно.
Како заклучок, полето на оптика игра клучна улога во разбирањето на однесувањето на светлината и нејзината интеракција со материјата. Ги спојува основните концепти на физиката со практични апликации, што значително влијае на технологијата, науката и нашиот секојдневен живот.
