Optika u 17. stoljeću

1. Optika u 17. stoljeću Jelena Katić MATEMATIKA I FIZIKA Povijest fizike 2007/08

2. Dovršenje razvoja geometrijske optike • 17. st. – geometrijska se optika počela razvijati usporedo s mehanikom • Nizozemski su majstori naočala napravili prvi dalekozor • 1609. 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).

3. Galileijev dalekozor

4. 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.

5. 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).

6. 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

7. 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.

8. Rene Descartes • Nije spominjao pokuse ni mjerenja. • Dao je upute za izradu optičkih leća i zrcala • Proučavao je lom svjetlosti unutar kapljice vode (teorija duge).

9. Pierre Fermat • Kritizirao 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).

10. Bonaventura Cavalieri • Galileijev sljedbenik, talijanski matematičar • Pronašao formulu za izračunavanje žarišne daljine bikonveksne i bikonkavne leće • Formula je ispravna samo za poseban slučaj leće od stakla (indeks loma n = 1,5)

11. Edmond Halley • 1693. god. našao opću formulu za izračunavanje žarišne daljine bikonveksne i bikonkavne leće.

12. 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.

13. Određivanje brzine svjetlosti • Galileo Galilei 1607. pokušao izmjeriti brzinu svjetlosti pomoću dva motritelja s fenjerima. • Uvijek je dobio drugačiji rezultat • Mjerenje 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

14. Počeci fizikalne optike • Početak 17.st. – još vrijedi peritatetički stav o nastanku obojene svjetlosti • Boje nastaju kombinacijom svjetla i tame • Kepler tvrdi da boje nastaju zbog različite prirodne sklonosti tvari • Dominis tvrdi da u najtanjem dijelu staklene prizme izlazi crvena svjetlost zato što prikupi najmanje tame • Slično tvrdi Newtonov učitelj Barow u Predavanjma iz optike koje je Newton prije tiskanja pregledao i nije imao primjedbi.

15. Johannes Marci • 1648. opisao pojavu spektra koji daje staklena prizma • Različite boje su dijelovi svjetlosti s različitim lomom • Pokazao je da se pojedini monokromatski dio svjetlosti novim lomom ne može dalje razložiti • Njegov rad ostao je nepoznat

16. Francesco Grimaldi • Francuski isusovac • U radu Fizika i matematika svjetlosti, boja i duge opisao je pokuse koje je izveo • 1665. otkrio ogib (difrakciju svjetlosti) • Pretpostavljao je da je svjetlost valne prirode

17. Christian Huygens • 1678. dovršena rasprava o svjetlosti – prvi znanstveni rad o valnoj prirodi svjetloti • Formulirao načelo rasprostiranja svjetlosti – Huygensovo načelo • Na 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.)

18. Robert Hooke • Član kraljevskog društva u londonu zadužen za izvođenje pokusa • U 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

19. Nicolas Malebranche • 1699. objelodanjuje svoj model boja • Uspoređuje svjetlost sa zvukom • Zaključuje da do različitih boja svjelosti dolazi zbog različitih frekvencija

20. 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

21. Isaac Newton

22. Newtonov teleskop

23. Isaac Newton • Djelo Optica – boje ne nastaju miješanjem svjetla i tame i ne uzrokuje ih prizma • Bijela 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 kolobari • Boje koje nastaju na tankim listićima, određene su debljinom listića • Hooke ga optužuje za plagijat • Za osnovne je boje očno odredio valne duljine, samo se za crveni dio spektra njegova mjerenja razlikuju od današnjih • Zastupa obje koncepcije svjetlosti (korpuskularnu i valnu), ali valnu nije prihvatio • Za sve što je učinio nije dao jedinstvenu teoriju

24. Teorije o prirodi svjetlosti • Dva modela: • Aristotelov – svjetlost se širi u eteru poput valova na vodi • Demokritov – od izvora svjetlosti šire se čestice • Huygens – valna teorija svjetlosti • Descartes – spominje oba modela, no koristi samo čestični • Newton – prihvaća čestični model (valni nije bez vrijednosti) -> za širenje vala potrebno je sredstvo, a Newton je protiv ispunjavanja nebeskog područja sredstvom.

25. 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)

26. Čestična i valna teorija • Jednako objašnjavaju pravocrtno rasprostiranje svjetlosti i zakon odbijanja svjetlosti • Vode do suprotnih rezultata za brzinu svjetlosti u zraku i nekom optički gušćem sredstvu • Čestična teorija -> brzina svjetlosti u vakuumu je maksimalna • Danas obje koncepcije imaju svoje mjesto