Эссе на тему «Открытия и законы в физической оптике»

Дифракция была открыта Франческо Мария Гримальди в 1666 году - и именно он ввел этот термин в физику. С 1650 года Ф. Гримальди занялся экспериментами в оптике. Он пытался изучить световую природу, исследуя очень узкие световые пучки, что в итоге способствовало открытию дифракции.

Франческо Мария Гримальди (02.04.1618 – 28.12.1663) – итальянский астроном и физик, который родился в семье преуспевающего торговца в Болонье. В иезуитской школе он изучал риторику, философию и теологию, к тому же закончил несколько университетов. С 1647 года преподавал в статусе доктора философии в иезуитской коллегии. В 1651 году принял сан священника, который вскоре потерял из-за распрей между братьями по ордену и до конца своей жизни преподавал математику. Неоднозначные, порой даже ошибочные мнения ученого о световом потоке не помешали ему описать процессы отражения, преломления и распространения света, а также разработать теорию цветов. Ему принадлежит описание солнечного спектра, полученного с помощью применения призмы. Все его опыты были сведены в единый труд «Физическая наука о свете, цветах и радуге», который вышел уже после смерти физика [1].

Ставя оптические эксперименты с узкими световыми пучками, Гримальди мечтал выяснить, откуда берется свет. Он применял тонкий световой пучок, который проходил через щель в темную комнату. На пути конуса он установил деревянную жердь и наблюдал за ее тенью. В результаты опыта выяснилось, что тень была заметно меньше подразумеваемых ученым размеров, а во-вторых, а у ее краев наблюдались радужные полосы. В конечном итоге ученый открыл новое явление, которое обозначил как дифракция [2].

Сила проявления эффекта дифракции выражается в соотношении длины волны λ с шириной волнового фронта d, ограниченного препятствием: λ/d [3]. Здесь очевиден факт того, что дифракция выражается тем сильнее, чем короче волновой фронт и чем длиннее волна.

Дифракция бывает двух видов:

1. Дифракция в параллельных лучах (дифракции Фраунгофера) – когда световой источник S располагается от препятствия так далеко, что на выходе образуются почти параллельные световые пучки;
2. Дифракция Френеля – дифракция, при которой световые пучки (или экран) расположены на конечных расстояниях от препятствий, вызывающих дифракцию.

Количественный критерий, который позволяет узнать, какой вид дифракции присутствует на данный момент, определяется величиной параметра:

b²/lλ,

где b – характерный размер препятствия, l – расстояние между препятствием и экраном, на котором отображается дифракционная картина, λ – длина волны [4].

Открытие закона дифракции демонстрирует, что рядом с краями препятствий световой пучок загибается, отклоняясь от прямолинейного распространения. Явление дифракции отражает волновую природу света.

В своем эссе я выбрал именно это открытие в физической оптике, так как оно характеризует себя как отклонение от законов оптики в геометрии при распространении волн. При этом дифракция есть универсальное волновое явление характеризуется аналогичными законоположениями при исследовании волновых полей различного природного характера.

Открытие закона преломления лучей света – В. Снеллиус, Р. Декарт

После изучения преломления лучей света древними греками, четкую формулировку ему дал Виллеброрд Снелл ван Ройен. В независимости от Снеллиуса этот закон был сформулирован Рене Декартом и впервые представлен в 1637 году в трактате «Диоптрика». Важно подчеркнуть, что Декарт также объяснил с точки зрения науки такое явление как радуга [5].

Виллеброрд Снеллиус (1580–1626) был голландским математиком и физиком, родившимся в Лейдене в семье профессора математики. Он изучал математику и право в разных европейских университетах, познакомился со многими известными учеными того времени, в том числе И.Кеплером. В 1613 году он занял место отца на должности профессора Лейденского университета. В 1621 году, после многочисленных оптических опытов, он открыл закон преломления лучей, который позже назвали его именем. Результаты опытов Снеллиуса не публиковались до тех пор, пока их не нашел Рене Декарт, включивший их в свой главный труд «Начала философии». Снеллиус умер в Лейдене в октябре 1626 года в возрасте 46 лет от болезни, диагностированной как колика [6].

Второй ученый, Рене Декарт (1596–1650) родился в городе Лаэ, провинция Турень. Первым его учебным заведением была иезуитская коллегия Ла Флеш. После завершения учебы в ней, Рене уехал в Пуатье, где продолжил обучение в области права, достигнув степени бакалавра. Рене Декарт – философ, механик, математик, физик, физиолог. Он создал аналитическую геометрию и существующую символику в алгебре. Главный труд Р. Декарта – книга «Рассуждение о методе». В одном приложении он описывает аналитическую геометрию, в другом - правила работы явлений и приборов оптики. Главное достижение ученого - закон о преломлении света. Р. Декарт умер 11 февраля 1650 года от пневмонии [7].