Оптика
Геометрическая оптика
Раздел оптики, изучающий законы распространения света в прозрачных средах, отражения света от зеркально-отражающих поверхностей и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его волновых свойств.
Преломление света — явление, при котором луч света, переходя из одной среды в другую, изменяет направление на границе этих сред
Если свет падает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то при определенном для каждой среды угле падения, преломленный луч исчезает
Волновая оптика
Отдел физической оптики, в котором изучают интерференцию, дифракцию, поляризацию и другие явления, для понимания которых необходимо и достаточно представление о волновой природе света
Взаимное увеличение или уменьшение результирующей амплитуды двух или нескольких когерентных волн при их наложении друг на друга
Явление, которое проявляет себя как отклонение от законов геометрической оптики при распространении волн
Деталь из прозрачного однородного материала, имеющая две преломляющие полированные поверхности
Электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом
Ещё в разработке
Получение изображения при прохождении через линзу
λ — длина волны [м] — расстояние, которое проходит волна за один период
Электромагнитное излучение, воспринимаемое человеческим глазом.
B
Е
с
x
y
z, м
λ
Распространяясь со скоростью с, волна за время T проходит расстояние λ:
T
t, с
T — период [с] — время, в течение которого волна совершает одно колебание
ν — частота [Гц], [1/c] — количество колебаний, совершаемое волной за 1 секунду
=
T
ν
1
=
T
с
λ
=
λ
ν
с
с — скорость распространения электромагнитной волны в вакууме
с = 300 000 000 м/с
Тогда частота:
В однородной среде луч света движется прямолинейно, с постоянной скоростью
с = 300 000 000 м/c
При переходе в другую оптическую среду луч либо отражается от неё, либо преломляется, проходя внутрь
α
γ
β
Угол падения равен углу отражения
sin β
=
n
2
1
Закон отражения:
∠α = ∠γ
Угол падения света на поверхность связан с углом преломления соотношением:
Закон преломления:
n
n
1
2
sin α
n
n — относительный показатель преломления среды (табличная величина)
n
=
Ʋ
ср
с
Относительный показатель преломления среды определяется отношением скорости света в вакууме к скорости света в данной среде
*Относительный показатель преломления для вакуума и воздуха равен единице
При переходе в менее плотную оптическую среду, луч отклоняется на больший угол от нормали.
sin 90
=
n
1
2
Можно рассчитать с помощью закона преломления:
sin α
n
Для стекла (в воздухе) предельный угол полного отражения равен 42, для воды 49.
И если угол падения (α) достигнет критически большого значения, угол преломления (β) станет равен 90°.
Такой угол (α) называется предельным углом полного отражения.
Такое явление называется полным внутренним отражением, с его помощью работает, например, оптоволоконный кабель.
Несмотря на изгибы, луч света не выходит за границы кабеля.
Предельный угол полного отражения
sin α
sin 90°
=
n
n
1
2
При дальнейшем увеличении угла α, преломлённый луч будет полностью уходить в ту же среду.
Луч света, проходящий через стеклянную призму, попадает в более оптически плотную среду, из-за чего преломляется
Таким образом, луч, проходящий через призму, будет отклоняться к основанию
n
n
1
2
α
β
β
α
1
1
2
2
Если n >n , то:
1
2
sin β
=
n
2
1
sin α
n
sin α > sin β
1
1
sin α > sin β
2
2
α > β
1
1
α > β
2
2
Тогда:
Если совместить основаниями две призмы, лучи, проходящие параллельно плоскости совмещения, будут собираться в фокусе, такую конструкцию называют собирающей линзой
F
*Прямая, проходящая через центр линзы и параллельная плоскости совмещения, называется главной оптической оью (ГОО)
-F
F [м] — фокусное расстояние — расстояние от линзы до точки, в которой собираются лучи
Если совместить две призмы острыми концами, лучи, проходящие параллельно плоскости совмещения, будут расходиться, такую конструкцию называют рассеивающей линзой
При достраивании расходящихся лучей в обратную сторону, в точке пересечения можно получить мнимый фокус (-F)
*Линза является собирающей, если её края тоньше центра
*Линза является рассеивающей, если её центр тоньше краёв
Далее мы будем рассматривать тонкие линзы, так как их собственная толщина в сравнении с фокусным расстоянием пренебрежимо мала
Обозначение собирающей линзы:
Обозначение собирающей линзы:
ГОО
ГОО
Собирающая линза, предмет находится между фокусом и двойным фокусом:
*АВ — предмет
ГОО
F
2F
-F
-2F
А'
B'
А
B
*А'В' — изображение
Изображение получается:
Действительным,
Перевернутым,
Увеличенным
Собирающая линза, предмет находится перед фокусом:
*АВ — предмет
ГОО
F
2F
-F
-2F
А
B
*А'В' — изображение
Изображение получается:
Мнимым,
Прямым,
Увеличенным
А'
B'
*АВ — предмет
ГОО
F
2F
-F
-2F
А'
B'
А
B
*А'В' — изображение
Изображение получается:
Действительным,
Перевернутым,
Уменьшенным
Собирающая линза, предмет находится за двойным фокусом:
Рассеивающая линза, предмет находится между фокусом и двойным фокусом:
*АВ — предмет
ГОО
F
2F
-F
-2F
А'
B'
А
B
*А'В' — изображение
Изображение получается:
Мнимым,
Прямым,
Уменьшенным