Логин:   Пароль:  

Соцсети





http://orabote.biz/feedback/list/company/11984 отзывы отзывы о работе.
Геометрическая оптика изучает законы распространения света в прозрачных средах, основываясь на представлении о световых лучах.
Автор:
Написал: Amro Дата: 22-Окт-2006

Геометрическая Оптика

Геометрическая оптика изучает законы распространения света в прозрачных средах, основываясь на представлении о световых лучах.

Под световым лучом понимают линию, указывающую направление распространения световой энергии. С помощью световых лучей легко объясняются законы геометрической оптики: прямолинейного распространения света, его отражения и преломления.

Как показывают наблюдения, в однородной среде свет распространяется прямолинейно.

Прямолинейным распространением света объясняется образование теней, т. е. областей, в которые не поступает световая энергия. Тень наблюдается в том случае, когда линейными размерами источника можно пренебречь по сравнению с расстояниями, рассматриваемыми в данной задаче.

geometricheskaya_optika_renamed_7610.jpg

На экране получится резкая тень непрозрачного диска D, очерченная лучами, исходящими из точечного источника S и касательными к краям диска (рис. 81).

Если размеры источника сравнимы с рассматриваемыми расстояниями, то на экране, кроме тени, получается и полутень (полное и частичное солнечное затмение).

Подтверждением прямолинейности распространения света служит получение изображения на стенке темной камеры при помощи малого отверстия в ее передней стенке.

Закон прямолинейного распространения света нарушается в случае получения изображения при очень малых размерах отверстия.

Луч света в однородной среде прямолинеен до тех пор, пока он не дойдет до границы раздела этой среды с другой средой. На границе двух сред луч меняет направление. Часть света возвращается в первую среду - происходит отражение света. Одновременно свет частично проходит во вторую среду, меняя при этом направление своего распространения, т. е. преломляется.

В зависимости от свойств границы раздела между двумя средами отражение может иметь различный характер. Если граница имеет вид поверхности, размеры неровностей которой меньше длины световой волны, то она называется зеркальной, а отражение - зеркальным (направленным).

Если же размеры неровностей больше длины волны света, то после отражения лучи света идут по всевозможным направлениям. Такое отражение называется рассеянным, или диффузным. Именно благодаря диффузному отражению мы видим предметы, которые сами не излучают свет.

Выведем закон отражения света, используя принцип Гюйгенса, который гласит: каждая точка среды, до которой дошло возмущение, сама становится источником вторичных сферических волн.

Пусть на отражающую поверхность MN падает плоская волна (рис. 82). A1A и B1B - два луча падающей плоской волны. АС - волновая поверхность этой волны. Угол а между падающим лучом и перпендикуляром к отража-

ющей поверхности в точке падения луча называют углом падения.

Волновую поверхность можно получить, если провести огибающую вторичных волн, центры которых лежат на границе раздела сред. Различные участки волновой поверхности АС достигнут плоскости MN неодновременно.

geometricheskaya_optika_renamed_16167.jpg

В момент, когда волна достигнет точки В, вторичная волна с центром в точке А уже будет представлять собой полусферу радиусом r, равным СВ. Огибающей вторичных волн будет плоскость DB, касательная к сферическим поверхностям. Отраженные лучи АА2 и ВВ2 будут перпендикулярны волновой поверхности DB. Угол у между перпендикуляром к отражающей поверхности и отраженным лучом называют углом отражения.

Так как | AD | = | СВ | и треугольники ADB и АСВ прямоугольные, то угол CAB равен углу DBA; но угол CAB = а, а угол DBA = у как углы с взаимно перпендикулярными сторонами. Следовательно, угол отражения равен углу падения:

geometricheskaya_optika_renamed_11377.jpg

Из построения вытекает, что падающий луч, луч отраженный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости; при этом угол отражения равен углу падения.

Если вторая среда прозрачна, то при переходе луча из первой среды во вторую он меняет свое направление, т. е. преломляется.

Угол, образованный падающим лучом АО и перпендикуляром к границе раздела двух сред, восстановленным в точке падения луча, называется углом падения - а; b - угол преломления (рис. 83).

geometricheskaya_optika_renamed_26590.jpg

Выведем закон преломления света, используя принцип Гюйгенса (рис. 84).

Пусть на плоскую границу раздела двух сред (например, из воздуха в стекло) падает плоская световая волна. Волновая поверхность ОС перпендикулярна лучам А1О и В1O1.

geometricheskaya_optika_renamed_30860.jpg
Поверхности MN сначала достигнет луч A1O. Луч B1O достигнет поверхности MN через время At, которое можно рассчитать:
geometricheskaya_optika_renamed_1066.jpg
где v1 -скорость света в первой среде.

В момент, когда вторичная волна в точке O1 только начнет возбуждаться, волна, возникшая из точки О, уже имеет вид полусферы радиусом

geometricheskaya_optika_renamed_10670.jpg
где n - величина, постоянная для данной пары двух сред, не зависящая от угла падения.

Законы преломления света: падающий луч, луч преломленный и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча к границе раздела двух сред, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данной пары двух сред, которая называется относительным показателем преломления двух сред.

Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления. Он определяется по формуле:

geometricheskaya_optika_renamed_24188.jpg
где с - скорость света в вакууме, v1 -скорость света в данной среде.

Пользуясь формулой (5.3), можно выразить относительный показатель преломления через абсолютные nх и n2. Так как

geometricheskaya_optika_renamed_17067.jpg

geometricheskaya_optika.jpg

Среду с большим показателем преломления принято называть оптически более плотной.

Абсолютный показатель преломления определяется скоростью распространения света в данной среде, которая зависит от физического состояния среды, т. е. от температуры вещества, его плотности, наличия в нем упругих напряжений.



Комментарии: (0) Рейтинг:
Пока комментариев нет
2006-2015г. © Научно-Образовательный портал "Вся Физика"
Копирование материалов с данного сайта разрешено, при условии наличия ссылки на ресурс "Вся Физика"
Страница создана за 0.04 секунды