Закони геометричної оптики

Геометрична оптика є найдавнішою частиною оптики як науки.

Геометрична оптика - це розділ оптики, в якому розглядають питання поширення світла в різних оптичних системах (лінзах, призмах і т. Д.) Без розгляду питання про природу світла.

Одним з основних понять в оптиці і, зокрема, в геометричній оптиці, є поняття променя.

Світловий промінь - лінія, вздовж якої поширюється світлова енергія.

Світловий промінь - це пучок світла, товщина якого багато менше відстані, на яке він поширюється. Таке визначення близько, наприклад, до визначення матеріальної точки, яке дається в кінематиці.

Перший закон геометричної оптики (Закон про прямолінійній поширенні світла): в однорідної прозорому середовищі світло поширюється прямолінійно.

По теоремі Ферма: світло поширюється по такому напрямку, час поширення по якому буде мінімально.

Другий закон геометричної оптики (Закони відбивання):

1. Відбитий промінь лежить в одній площині з падаючим променем і перпендикуляром до межі поділу двох середовищ.

2. Кут падіння дорівнює куту відбиття (див. Рис. 1).

Мал. 1. Закон відображення

Третій закон геометричної оптики (Закон заломлення) (див. Рис. 2)

1. Заломлений промінь лежить в одній площині з падаючим променем і перпендикуляром, відновленим в точку падіння.

2. Ставлення синуса кута падіння до синуса кута заломлення є величина, постійна для даних двох середовищ, яка називається показником заломлення (n).

Інтенсивність відбитого і зламаного променя залежить від того, як і середовище і що собою представляє межа розділу.

Мал. 2. Закон заломлення

Фізичний сенс показника заломлення:

Показник заломлення є відносним, так як вимірювання проводяться щодо двох середовищ.

У тому випадку, якщо одна із середовищ - це вакуум:

С - швидкість світла у вакуумі,

n - абсолютний показник заломлення, що характеризує середовище щодо вакууму.

Якщо світло переходить з оптично менш густого середовища в оптично більш щільне середовище, то швидкість світла зменшується.

Оптично більш щільне середовище - середовище, в якому швидкість світла менше.

Оптично менш щільне середовище - середовище, в якому швидкість світла більше.

Закон повного внутрішнього відображення

Існує граничний кут заломлення - найбільший кут падіння променя, при якому ще має місце переломлення при переході променя в менш щільне середовище. При кутах падіння більше граничного відбувається повне внутрішнє віддзеркалення (див. Рис. 3).

Мал. 3. Закон повного внутрішнього відображення

Межі застосування геометричної оптики полягають в тому, що необхідно враховувати розмір перешкод для світла.

Світло характеризується довжиною хвилі, що дорівнює приблизно 10 -9 метра

Якщо перешкоди більше довжини хвилі, то можна використовувати розміри геометричній оптики.