Optică

Optica a devenit prezentă pretutindeni în zilele noastre, chiar dacă deseori trecem cu vederea acest fapt. Pe lângă aplicațiile evidente (aparate foto, ochelari de vedere sau de soare, lentile de contact, telescoape și microscoape) principiile opticii se aplică și la CD-playere ori DVD playere, în domeniul telecomunicațiilor, la mousurile optice, la fibra optică, în tehnologia medicală, la celulele fotovoltaice, diode și în multe alte cazuri.

Optica este partea din fizică care se ocupă cu studiul proprietăților și comportamentului luminii, precum și ramura tehnologică ce se ocupă cu fabricarea de instrumente ce detectează, folosesc și modifică lumina.

Câteva dintre fenomenele opticii sunt reflexia, refracția, dispersia și difracția.

Reflexia este fenomenul prin care lumina este respinsă, în totalitate sau în parte, atunci când întâlnește un mediu diferit. Ea poate fi de două feluri: reflexie speculară, atunci când lumina este reflectată simetric (cum este cazul suprafețelor lucioase) și reflexie difuză, atunci când lumina este reflectată în toate direcțiile, aleator (o suprafață mată). Oglinda produce o reflexie speculară, o piatră produce o reflexie difuză.

Refracția apare atunci când lumina își schimbă direcția la intrarea în alt mediu, datorită faptului că i se schimbă viteza. Refracția se observă ușor dacă privim un pai într-un pahar de apă. Paiul va apărea îndoit, cu linia de îndoitură la suprafața apei. Lumina se refractă în apă datorită faptului că viteza ei în apă este mai mică decât viteza în aer. Curcubeul este rezultatul refracției luminii în interiorul picăturilor de apă din atmosferă și a dispersiei acesteia la ieșire, iar culorile lui se datorează faptului că lumina este compusă din mai multe lungimi de undă, care sunt refractate mod diferit.

 

Dispersia este un fenomen derivat din refracție și constă în despărțirea luminii albe în culorile ei componente (roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet) atunci când intră întro lentilă sau alte medii specifice și se datorează diferențelor dintre lungimile de undă ale acestor culori. Cu cât o culoare are o lungime de undă mai mică (și o frecvență mai mare), cu atât aceasta va fi refractată mai mult. Refracția și dispersia luminii sunt și motivul pentru care cerul pare albastru. Culorile cu lungimi de undă mai mici (violet, indigo și albastru) sunt refractate și dispersate mai mult decât celelalte culori ale spectrului. Această refracție și dispersie apare în moleculele de aer din atmosferă și împrăștie lungimile de undă mai mici de la o moleculă la alta în timp ce culorile cu lungimi de undă mai mari sunt împrăștiate mai puțin, traseul lor fiind mai drept în lipsa unei refracții pronunțate. Astfel, în orice direcție ne-am uita, cerul pare albastru (nu pare violet așa cum ar trebui de fapt pentru că ochiul uman este mult mai receptiv la culoarea albastră decât la violet).

Difracție înseamnă împrăștierea undelor (luminoase, sonore, radio etc.) atunci când întâlnesc un obstacol sau când trec printr-un orificiu. Difracția este cu mult diminuată dacă obiectul sau orificiul sunt mai mari decât lungimea undei respective. De exemplu, dacă cineva vorbește iar cel care ascultă se așează după un copac, acesta din urmă nu va avea probleme în a auzi ce spune primul deoarece undele sonore sunt mai lungi decât diametrul unui trunchi de copac obișnuit. Pe de altă parte, lumina nu va trece la fel de ușor de trunchiul unui copac deoarece lungimea sa de undă este cu mult mai mică (umbra se datorează difracției foarte scăzute a luminii atunci când întâlnește obiecte macroscopice). Difracția este, într-un sens, opusul relexiei. Microscopul (ca și telescopul, de altfel) funcționează datorită reflexiei luminii; există însă o limită până la care poate funcționa și nu este o limită dată de puterea lentilelor, ci o limită a opticii. Microscopul optic ne este util doar dacă obiectul observat are dimensiunile egale sau mai mari cu lungimea de undă a luminii folosite. Dacă obiectul este mai mic undele luminoase pur și simplu îl vor ocoli, nereflectându-se suficient de multe unde înapoi către privitor pentru a putea fi observat.