Основы геометрической оптики

В геометрической оптике принимается, что свет распространяется в однородной среде прямолинейно.

При попадании луча на границу раздела сред, свет частично отражается от этой границы, а частично, изменив направление распространения, проходит внутрь второй среды (преломляется).

Углом падения называется угол между направлением падающего луча и перпендикуляром к границе раздела сред в точке падения.

Угол между этим же перпендикуляром и отраженным лучом называется углом отражения.

Угол между этим же перпендикуляром и преломленным лучом называется углом преломления.

Эти понятия пояснены рисунком (рис.3)

Рис.3

При падении луча на границу двух сред:

- угол отражения равен углу падения;.

-падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к поверхности раздела в точке падения луча лежат в одной плоскости.

- отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данной длины волны света. Оба этих луча и перпендикуляр к поверхности раздела в точке падения луча лежат в одной плоскости. Это значит, что

(5.1)

где - угол падения,

- угол преломления

Величина называется относительным показателем преломления двух сред и равна отношению скоростей света в средах.

Показатель преломления относительно вакуума называется абсолютным показателем преломления среды. Величина зависит от длины волны.

, (5.2)

где с =3×10⁸ м/с – скорость света в вакууме, а v – скорость света в среде.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ

1. Скорость света в среде составляет 1,5×10⁸ м/с. Чему равен абсолютный показатель преломления этой среды.

2. Абсолютный показатель преломления в среде 1 равен 3, а в среде 2 - 4. Чему равен n _1,2? Чему равен n _2,1?

Линзы

Линзой называется прозрачное тело, которое ограничено двумя криволинейными поверхностями. Они используются в оптических приборах для получения изображения предмета, например, увеличенного, уменьшенного или перевернутого.

Прямая, проходящая через центры кривизны поверхностей линзы, называется глав­ной оптической осью линзы.

Линза называется тонкой, если ее толщина значительно меньше радиусов кри­визны ее поверхностей. Все изложенное ниже относится к тонким линзам. Кроме того, в дальнейшем изложении считается, что радиусы кривизны обеих поверхностей линзы оди­наковы, т.е. линза симметрична.

Тонкие линзы делятся на два основных вида: собирающие и рассеивающие. При­меры линз приведены на рис.7.

Рис.7

Собирающая линза – это линза, собирающая все лучи параллельные главной опти­ческой оси в одну точку, называемую фокусом (см. рис.7).

Рассеивающая линза – это линза, отклоняющая все лучи параллельные главной оп­тической оси под таким углом, что продолжение всех отклоненных лучей проходят через одну точку перед линзой. Эта точка называется фокусом отклоняющей линзы (см. рис.7).

Общим свойством обеих линз является то, что все лучи, проходящие через их центр, не искажаются.

Графически тонкие линзы обозначают так, как показано на рис.8.

Рис.8