Оптика XVII столетия. Корпускулярные представления Ньютона

К концу столетия – развернутая наука.

Расцвет оптики в XVII столетии начинается с

1. Усовершенствование методов шлифования оптических стекол и создания увеличительных труб. Подзорные трубы, Голландия, купцы. 159- - Янсон изобрел микроскоп. Далее – необходимость теоретического обоснования для улучшения конструкций, ибо господствует еще птолемеевский взгляд (место изображения - хрусталик). Первая четверть века:

2. Уточнение законов преломления и теория зрения. Почин – И. Кеплер. Оптический трактат Вителлия с комментариями (1604). Новое в области геометрической оптика: разработал теорию камеры-обскуры, устанавливает непригодность закона Птолемея для преломления, пытался установить связь между преломляющей способностью вещества и его плотностью, предложил теорию зрения (крупный шаг). Конусы световых лучей от различных точек наблюдаемого предмета дают на сетчатке обратное изображение предмета. Аккомодация – за счет сжатия и расширения хрусталика. Близорукость и дальнозоркость – изменение кривизны хрусталика.

3. Дальнейшее развитие в работе Кеплера «Диоптрика» - 1611., Показав, что угол преломления стекла не может превышать 42⁰ , сделал важный вывод о существовании полного внутреннего отражения.

4. Подтверждение идей Кеплера – опыты Штайнера. Бычий глаз, в котором удалены с задней стороны все структуры, кроме сетчатки. Опыт со свечой. Доказал экспериментально обратный характер изображения на сетчатке глаза. Отверстие в листе картона, пламя свечи, рассматривается через отверстие. Если между пламенем и отверстием проводить острием ножа снизу вверх, то глаз увидит исчезнувшей сначала верхушку пламени. Штейне сконструировал по проекту Кеплера телескоп и наблюдал солнечные пятна. В том же 1611 г. – трактат Доминиуса, где впервые рассмотрена дисперсия света в призме. Основывался на теории Аристотеля. Свет, прошедший большую толщину в призме, больше смещается темнотой (т.е. это фиолетовый цвет).

5.В. Снеллиус – умер в 1626 г. В его бумагах найден оптический трактат.

Рисунок выполнить самим. Поройтесь в Интернете

АС=ДС sin i=ДF sin r, DC/DF = sin r/ sin i = cosec i /cosec r, то есть Закон Снеллиуса: отношение косекансов углов падения и преломления постоянно.

6. Декарт- оптика в «Рассуждениях о методе» (1637). Свет – это процесс передачи давления частицами светящегося тела на окружающую эфирную среду. Отрицал конечность скорости света. При выводе закона преломления считал, что скорость передачи светового давления конечна и тем больше, чем плотнее среда. Получил формулу

Первая точная формулировка закона преломления, лежащего в основе всей геометрической оптики, была опубликована Рене Декартом в 1637 г. в знаменитых “Рассуждениях о методе” sin i/ sin r = C₂/C₁ C1 – скорость света в менее плотной среде.

Ферма выдвинул в противовес принцип наименьшего времени для светового пути и получил правильную формулу. Этот принцип применял еще Герон Александрийский для явления отражения.

7. Гюйгенс, используя выдвинутый им принцип, также получил правильную формулу.

8. Барроу в своих лекциях (1648) также дал обоснование закона преломления, используя рассуждение Меньяна о «Солдатском фронте». Смысл: при переходе из одной среды в другую световой луч меняет направление также, как меняеть направление солдатский фронт, когда луг, по которому иду т солдаты преграждается пашней и граница идет наклонно фронту. Опыт Фуко решил вопрос в пользу теоремы Ферма-Гюйгенса.

9. Открытие законов преломления позволило приступить к расчету оптических систем. В «Оптических лекциях» Барроу дает формулы линз для разных частных случаев, а в 1693 г. Галлей дает общую формулу линзы. В 1648 г. Марци высказал новую мысль, что лучи разной цветности обладают различной преломляемостью, но причиной цветов считал сгущение света. Эта ложная предпосылка воспрепятствовала тому, чтобы Марци опередил Ньютона, хотя Марци и предполагал, что цвет сохраняется однажды преломленным светом.

10. Бойль впервые описывает интерференционные явления в мыльных пленках и тонких стеклянных шарах.

11. История физической оптики как науки начинается с работ Гримальди «Физико0-математические исследования о свете» Гука «Микрография»(1665). Гримальди открыл дифракцию, пропуская пучок света через отверстие в ставне и помещая в конус света палку (тень была шире и окаймлена цветными полосами). Он назвл это явление дифракцией. Пришел к важному выводу, что прибавление света к свету может привести к уменьшению интенсивности.

Совершенно определенно в пользу волновой концепции высказался Гук. В 1672 г. высказал утверждение, что свет распространяется поперечными волнами (опередил Френеля). Описал дифракционные и интерференционные явления, исследовал цвета тонких пластинок, подметил их зависимость от толщины пластинки, но закон установил Ньютон. Цвет – это комбинация на сетчатке двух цветов – красного и голубого.

12. Ньютон завершает эпоху великих открытий в оптике. В этот период – три важнейших результата. а) Ремер, изучая с 1672 г., затмение спутников Юпитера, измеряет скорость свети, обэтом сообщил Гюйгенс в «Трактате о свете» (1690); б) Гюйгенс (1690) развивает теорию распространения света в кристаллах основанную на волновой теории света и описывает открытое им явление поляризации света; в) объяснил на основе созлданной им теории распространения света в исландском шпате открытое Бартолинусом (1664)двулучепреломление.

13. Основные эффекты открыты, методы установлены. Дело за теорией, которая объединила бы все разрозненные результаты в стройную теорию