Геометрическая оптика

 

Оптика (от др.-греч. ὀπτική «наука о зрительных восприятиях») — раздел физики, рассматривающий явления, связанные с распространением электромагнитных волн видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов спектра. Оптика описывает свойства света и объясняет связанные с ним явления.

Свет — в физической оптике электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.

В качестве коротковолновой границы спектрального диапазона, занимаемого светом, принят участок с длинами волн в вакууме 380—400нм (750—790ТГц), а в качестве длинноволновой границы — участок 760—780нм (385—395 ТГц)

Фронт механической волны – совокупность точек, колеблющихся в одинаковой фазе.

По форме волнового фронта выделяют простейшие волны: сферическую, плоскую, цилиндрическую. Нормаль к волновому фронту совпадает с направлением распространения волны в данной точке.

Передний (передовой) фронт волны – совокупность наиболее отдаленных от источника точек, до которых дошел процесс распространения волны (поверхность, до которой дошёл волновой процесс к данному моменту времени).

Принцип Гюйгенса (1678г.)Каждая точка фронта волны является источником вторичных волн, распространяющихся во все стороны со скоростью распространения волны в среде.

Вторичные механические волны – результат передачи возмущения соседним частицам среды.

Вторичные электромагнитные волны – результат электромагнитной и магнитоэлектрической индукции.

Луч – вектор, перпендикулярный фронту волны, показывающий направление переноса энергии волны в данной точке.

Амплитуда возмущения во всех точках плоского фронта волны одинакова. Положение фронта плоской волны в определенный момент времени определяется одним лучом, перпендикулярным плоскости фронта.

 

ЗАКОНЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ

Закон прямолинейного распространения света:

Свет в прозрачной однородной среде распространяется прямолинейно.

Угол падения волны – угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред в точке падения.

Угол отражения волны – угол между отраженным лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности.

Закон отражения света:

Луч падающий, отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости.

Угол отражения равен углу падения.

α = γ

Угол преломления – угол между преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела, восстановленным в точке падения.

Закон преломления света (преломление происходит вследствие изменения скорости света при переходе из одной среды в другую):

Луч падающий, преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точку падения, лежат в одной плоскости.

Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред.

υ₁ скорость света в одной среде, υ₂ скорость света в другой среде

n относительный показатель преломления второй среды относительно первой – показывает во сколько раз скорость света в одной среде отличается от скорости света в другой среде

n_1, n₂ абсолютные показатели преломления – показывает во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в среде.

α > β, если υ₁ > υ₂, n₁ < n₂ (свет переходит из оптически менее плотной среды в оптически более плотную).

α < β, если υ₁ < υ₂, n₁ > n₂ (свет переходит из оптически более плотной среды в оптически менее плотную).

 

Полное отражение света – явление отражения электромагнитного излучения (в частности, света) при котором преломление отсутствует, а интенсивность отраженного света практически равна интенсивности падающего.

Условия полного отражения света:

1) Свет переходит из оптически более плотной среды в менее плотную.

2) Угол падения α больше предельного угла полного отражения α₀

Предельный угол полного отражения – угол падения, соответствующий углу преломления 90° (минимальный угол падения, начиная с которого возникает явление полного внутреннего отражения).

 

ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЗАКОНОВ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ОПТИКИ

Глаз воспринимает точку там, где пересекаются световые лучи или их продолжения. Изображение называется действительным, если получается на пересечении световых лучей, изображение называется мнимым, если получается на пересечении продолжений световых лучей.