Optika u 17. stoljeću

Jelena KatićMATEMATIKA I FIZIKAPovijest fizike 2007/08

Dovršenje razvoja geometrijske optike

17. st. – geometrijska se optika počela razvijati usporedo s mehanikomNizozemski su majstori naočala napravili prvi dalekozor1609. god. Galilei konstruirao dalekozor, konstrukciju objavio je 1610. u radu Zvjezdani glasnik, ali nije dao teoriju.U radu O zrakama vida Rabljanin Dominis pokušava dati teoriju Galileijevog dalekozora (zakon loma svjetlosti je još nepoznat -> teorija nije zadovoljavajuća).

Galileijev dalekozor

Johanes Kepler

Rad Dodatak Vitellu (1604.):Izloženi rezultati vezani uz lom svjetlosti.Dana teorija tamne komore.Izložena teorija viđenja (ispravak Alhazenove pogreške): Očna leće daje na mrežnici obrnutu sliku, ispravno objasnio kratkovidnost i dalekovidnost, sposobnost oka da vidi daleke i bliske predmete objasnio je izmjenama zakrivljenosti očne leće.

Johanes Kepler

Rad Dioptrika:Raspravlja o totalnoj refleksiji pri prijelazu svjetlosti iz optički gušćeg u optički rjeđe sredstvo.Razmatra put svjetlosnih zraka u lećama i sustavima leća.Uvodi pojmove: optička os i žarišna daljina za plankonveksne i bikonveksne leće.Predlaže novi dalekozor (ne konstruira ga).

Keplerov je dalekozor prvi konstruirao astronom Christoph Scheiner oko 1613. god.Niccolo Zucchi predlaže refleksijski teleskop 1616. god., no njegov rad je objelodanjen tek 1652. god.1621. god nizozemski fizičar Willebrord van Snell daje zakon loma svjetlosti, ali ga ne objelodanjuje

Rene Descartes

Prvi objelodanio i dokazao zakon loma svjetlosti u svojoj Dioptrici 1637. god.DOKAZ LOMA SVJETLOSTI: Promatrao je promjenu brzine čestice pri prijelazu iz jednog u drugo sredstvo.Zaključak: svjetlost se brže širi u optički gušćem sredstvu.

Rene Descartes

Nije spominjao pokuse ni mjerenja.Dao je upute za izradu optičkih leća i zrcalaProučavao je lom svjetlosti unutar kapljice vode (teorija duge).

Pierre FermatKritizirao Decartesov izvod zakona loma: “Decartes nikada nije dokazao svoje načelo...”

Kritizirao Decartesov zaključak da se svjetlost brže širi u gušćem sredstvu.

1622. god. formulirao je načelo najmanjeg vremena:Kada svjetlost polazi iz točke A u nekom sredstvu i stiže u točku B u drugom, ona ide putem za koji joj je potrebno najmanje vremena.

Zaključio je da su brzine svjetlosti obrnuto proporcionalne optičkim gustoćama sredstva (svjetlost se širi brže u optički rjeđem sredstvu).

Bonaventura Cavalieri

Galileijev sljedbenik, talijanski matematičarPronašao formulu za izračunavanje žarišne daljine bikonveksne i bikonkavne lećeFormula je ispravna samo za poseban slučaj leće od stakla (indeks loma n = 1,5)

Edmond Halley

1693. god. našao opću formulu za izračunavanje žarišne daljine bikonveksne i bikonkavne leće.

Pitanje brzine svjetlosti

Je li brzina svjetlosti konačna ili beskonačna?Pitanje koje se postavljalo već u staroj Grčkoj:Aristotel smatrao da je brzina svjetlosti velika, ali konačna.Heron je tvrdio da je brzina svjetlosti toliko velika da se ne može izmjeriti.Isto mišljenje zastupao Alhazen u srednjem vijeku. 17. st. Decartes smatrao da je brzina svjetlosti u različitim sredstvima različita (zakon loma) -> brzinu svjetlosti smatrao je konačnom.

Određivanje brzine svjetlosti

Galileo Galilei 1607. pokušao izmjeriti brzinu svjetlosti pomoću dva motritelja s fenjerima.

Uvijek je dobio drugačiji rezultatMjerenje je ponovljeno u Akademiji pokusa u Firenzi 1667. Opet različiti rezultati

Zaljučili su da je brzina svjetlosti vrlo velika.

Ole Roemer (Danski astronom i fizičar) dobio je da je brzina svjetlosti 214000 km/h

Počeci fizikalne optike

Početak 17.st. – još vrijedi peritatetički stav o nastanku obojene svjetlostiBoje nastaju kombinacijom svjetla i tameKepler tvrdi da boje nastaju zbog različite prirodne sklonosti tvariDominis tvrdi da u najtanjem dijelu staklene prizme izlazi crvena svjetlost zato što prikupi najmanje tameSlično tvrdi Newtonov učitelj Barow u Predavanjma iz optike koje je Newton prije tiskanja pregledao i nije imao primjedbi.

Johannes Marci

1648. opisao pojavu spektra koji daje staklena prizmaRazličite boje su dijelovi svjetlosti s različitim lomomPokazao je da se pojedini monokromatski dio svjetlosti novim lomom ne može dalje razložitiNjegov rad ostao je nepoznat

Francesco Grimaldi

Francuski isusovacU radu Fizika i matematika svjetlosti, boja i duge opisao je pokuse koje je izveo1665. otkrio ogib (difrakciju svjetlosti)Pretpostavljao je da je svjetlost valne prirode

Christian Huygens1678. dovršena rasprava o svjetlosti – prvi znanstveni rad o valnoj prirodi svjetlotiFormulirao načelo rasprostiranja svjetlosti – Huygensovo načeloNa osnovi tog načela izveo zakone odbijanja i loma svjetlosti.Prvi primjetio polarizaciju svjetlosti, no to nije dalje istraživao.Svjetlost -> valna pojava (teorija neprihvaćena do početka 19.st.)

Robert Hooke

Član kraljevskog društva u londonu zadužen za izvođenje pokusaU knjizi Mikrografija, izdanoj 1665. raspravlja o bojama tankih listića, uočava da boja listića ovisi o njegovoj debljini, ali ne nalazi vezu između debljine listića i boja.Opisao interferenciju i ogib, ali nije ih uspio objasniti.Osporavao Newtona

Nicolas Malebranche

1699. objelodanjuje svoj model boja

Uspoređuje svjetlost sa zvukom

Zaključuje da do različitih boja svjelosti dolazi zbog različitih frekvencija

Isaac Newton

Prvi njegov znanstveni rad je iz optike

Pomoću staklene prizme motri glasovitu pojavu boja

Položio osnove spektroskopije

Mijenjao je prizme i izveo mnogo pokusa

Isaac Newton

Newtonov teleskop

Isaac NewtonDjelo Optica – boje ne nastaju miješanjem svjetla i tame i ne uzrokuje ih prizmaBijela je svjetlost sastavljena od boja, a svaka se boja lomi pod različitim kutom -> bijela svjetlost se rasipa na spektar boja.Načinio je prvi interferencijski spektroskop, danas poznat kao Newtonovi kolobariBoje koje nastaju na tankim listićima, određene su debljinom listićaHooke ga optužuje za plagijatZa osnovne je boje očno odredio valne duljine, samo se za crveni dio spektra njegova mjerenja razlikuju od današnjihZastupa obje koncepcije svjetlosti (korpuskularnu i valnu), ali valnu nije prihvatioZa sve što je učinio nije dao jedinstvenu teoriju

Teorije o prirodi svjetlostiDva modela:Aristotelov – svjetlost se širi u eteru poput valova na vodiDemokritov – od izvora svjetlosti šire se čestice

Huygens – valna teorija svjetlostiDescartes – spominje oba modela, no koristi samo čestičniNewton – prihvaća čestični model (valni nije bez vrijednosti) -> za širenje vala potrebno je sredstvo, a Newton je protiv ispunjavanja nebeskog područja sredstvom.

Newton iz korpuskularne teorije svjetlosti izvodi zakon loma

Pretpostavljao je da se čestice pri prijelazu iz rjeđeg u gušće sredstvo ubrzavaju (privlači ih gušće sredstvo)

-> Brzina svjetlosti je manja u (optički) rjeđem sredstvu, a veća u gušćem (Descartes)

Čestična i valna teorija

Jednako objašnjavaju pravocrtno rasprostiranje svjetlosti i zakon odbijanja svjetlostiVode do suprotnih rezultata za brzinu svjetlosti u zraku i nekom optički gušćem sredstvuČestična teorija -> brzina svjetlosti u vakuumu je maksimalnaDanas obje koncepcije imaju svoje mjesto