Законы геометрической оптики.
1) Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно. Доказательством этого закона является наличие тени с резкими границами от непрозрачных предметов при освещении их точечными источниками светы ( источники, которые меньше освещаемого предмета и расстояния до него). Эксперименты показали, что этот закон нарушается, если свет проходит сквозь очень малые отверстия.
2) Закон независимого распространения лучей — второй закон геометрической оптики, который утверждает, что световые лучи распространяются независимо друг от друга. Так, например, при установке непрозрачного экрана на пути пучка световых лучей экранируется (исключается) из состава пучка некоторая его часть. Однако, по свойству независимости необходимо считать, что действие лучей оставшихся незаэкранированными от этого не изменится.То есть предполагается, что лучи не влияют друг на друга, и распространяются так, как будто других лучей, кроме рассматриваемого, не существует.
3) Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.
4) акон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред:
|
Закон преломления был экспериментально установлен голландским ученым В. Снеллиусом в 1621 г.
Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.
5) Закон обратимости светового луча. Согласно нему луч света, распространившийся по определённой траектории в одном направлении, повторит свой ход в точности при распространении и в обратном направлении. ( этот закон есть в интернете, но нет в учебнике, так что хз надо его или нет)
Показатель преломления
Абсолютный
Показа́тель преломле́ния вещества —
величина, равная отношению скорости
электромагнитных волн в вакууме к их
фазовой скорости в среде.
.
Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления.
Показатель преломления зависит от свойств вещества и длины волны излучения, для некоторых веществ показатель преломления достаточно сильно меняется при изменении частоты электромагнитных волн от низких частот до оптических и далее, а также может ещё более резко меняться в определённых областях частотной шкалы.
Полное внутреннее отражение.
По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отражение растет ( рис.а-в). Если i (1)= i (пр(предельный угол)), то интенсивность преломленного луча обращается в 0, а интенсивность отраженного = интенсивности падающего (рис г). При углах падения в пределах от i (пр) до п/ 2 луч не преломляется , а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением.
Явление полного отражения имеет место только при падении света из среды оптически более плотной в среду оптически менее плотную.
Световод-, устройство для направленной передачи световой энергии. Использование для этой цели открытых световых пучков в воздушной среде часто неэффективно или невозможно; передачу на значительные расстояния затрудняет главным образом наличие в атмосфере случайно распределённых неоднородностей, приводящих к отклонению и расхождению пучка.
n1>n2
r
n1 n2
4) Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сфери-
ческими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению
с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют
тонкой.
Искажения, возникающие при фор-
мировании изображения, называются аберрациями. Главные из них –
сферическая и хроматическая аберрации.
Вид аберрации
|
Описание аберрации |
Исправление аберрации |
Сферическая аберрация |
При падении света на линзу параксиальные лучи после преломления и лучи, более удаленные от оптической оси, пересекаются в разных точках ,а потому изображение размыто |
1. Ограничиваться паракси- альными лучами (применять диафрагмы). 2. Склеивать собирающую и рассеивающую линзы с раз- ными показателями прелом- ления |
Кома |
Если через оптическую сис- тему проходит широкий пу- чок от светящейся точки, рас- положенной не на оптической оси, то изображение точки – в виде светлого пятнышка, на- поминающего хвост кометы |
Приёмы такие же, как при сферической аберрации |
Хроматическая аберрация |
При падении на оптическую систему белого света разные монохроматические лучи фо- кусируются в разных точках ,поэтому изображение размыто и по краям окрашено
|
Так же, как и в случае сфери- ческой аберрации |
Дисторсия |
При больших углах падения лучей на линзу нарушается геометрическое подобие ме- жду предметом (прямоуголь- ная сетка) и изображением – подушкообразная и бочкооб- разная дисторсия |
Соответствующий подбор со- ставляющих частей оптиче- ской системы |
Астигматизм |
Погрешность, обусловленная неодинаковостью кривизны оптической поверхности в разных плоскостях сечения падающего на линзу светово- го пучка. Так, изображение точки, удаленной от главной оптической оси, наблюдается в виде расплывчатого пятна эллиптической формы, кото- рое может вырождаться либо в вертикальную, либо в гори- зонтальную прямую |
Подбор радиусов кривизны преломляющих поверхностей и их фокусных расстояний |
7) Интерференция – одно из ярких проявлений волновой природы света. Это интересное и красивое явление наблюдается при определенных условиях при наложении двух или нескольких световых пучков. Интенсивность света в области перекрытия пучков имеет характер чередующихся светлых и темных полос, причем в максимумах интенсивность больше, а в минимумах меньше суммы интенсивностей пучков. При использовании белого света интерференционные полосы оказываются окрашенными в различные цвета спектра. С интерференционными явлениями мы сталкиваемся довольно часто: цвета масляных пятен на асфальте, окраска замерзающих оконных стекол, причудливые
цветные рисунки на крыльях некоторых бабочек и жуков – все это проявление интерференции света.
В физике когерентностью называется согласованность нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты. Классический пример двух когерентных колебаний — это два синусоидальных колебания одинаковой частоты.
Условия возникновения интерференции.
Для получения когерентных световых волн применяют метод разделения волны,излучаемой одним источником , на две части, которые после прохождения разных оптических путей накладываются друг на друга, и наблюдается интерфериционная картина..
Суммарная интенсивность светового луча, которая была «потеряна» вследствие поглощения, преломления и отражения, должна быть в точности равной исходящей (начальной) интенсивности этого луча. Поверхность не может, например, отразить 66% входящего светового луча, и преломить 50%, так как сумма этих порций будет равной 116%, что больше 100%. Отсюда истекает, что отраженные и/или преломлённые лучи должны «стыкаться» с другими поверхностями, где их поглощающие, отражающие и преломляющие способности снова вычисляются, основываясь на результатах вычислений входящих лучей. Некоторые из лучей, сгенерированных источником света, распространяются по пространству и, в конечном счете, попадают на область просмотра (глаз человека, объектив фото- или видеокамеры и т.д.).
Итак, интерференция света – это частный случай общего явления интерференции волн, заключающийся в пространственном перераспределении энергии светового излучения при суперпозиции когерентных электромагнитных волн.