Основные законы

Выводы, полученные с помощью геометрического метода построения изображений, строятся дедуктивном методом на основе нескольких законов, установленных экспериментально.

1. Закон прямолинейного распространения света: В однородной среде свет распространяется прямолинейно. Поэтому в такой среде лучи – прямые линии.

2. Закон преломления, или закон Снеллиуса - Декарта (устанавливает изменение направления луча при переходе его между средами, открыт в XVII в.).

3. Закон отражения, или закон Евклида (устанавливает изменение направления луча при встрече с отражающей, а именно зеркальной поверхностью, открыт около 300 лет до н. э.). Формально этот закон можно рассматривать как частный случай закона преломления при n_отр = - n_пад.

4. Закон независимого распространения лучей: Отдельные лучи не влияют друг на друга и распространяются независимо. Следовательно, если в какой-либо точке сходятся две системы лучей (пучки), то их интенсивности (или создаваемые ими освещенности) складываются.

Замечание: Эти закон можно объяснить не только с помощью принципа Гюйгенса, но и с помощью принципа Ферма.

2.2. Принцип Ферма

Этот принцип, получивший название в честь французского математика и физика Пьера Ферма, означает следующее:

действительный путь распространения света, (т. е. траектория луча), представляет собой такой путь от одной точки до другой, для прохождения которого свету требуется минимальное время (t_min) по сравнению с любым другим предполагаемым путем между теми же точками.

Замечание: Другое название – принцип наименьшего времени.

С помощью этого принципа сам Ферма:

1) вывел закон Снеллиуса (з. преломления),

2) получил такое же выражение для n, что и в волновой теории,

3) пришёл к выводу что скорость света в более преломляющей среде меньше, чем в менее преломляющей.

Времени t распространения пропорциональна оптическая длина пути (L) света

L =  ^. t_min ,

Величина L в однородной среде равна произведению показателя преломления (n) среды на расстояние (l) вдоль какого-либо луча между двумя волновыми поверхностями

L = n ^. l.

В неоднородной среде

.

Из принципа Ферма следует, что распространение света из одной точки в другую происходит таким образом, что оптическая длина пути между этими точками имеет экстремальное значение:

1) приравниваем к нулю по времени первую производную

- в однородной среде

или

, - в неоднородной среде

2) вторая производная д. б. положительной

- для однородной среды

или

- для неоднородной среды

Принцип Ферма является следствием принципа Гюйгенса при условии 0.

2.3. Зеркала Представление о зеркалах

Оптическое зеркало – это деталь, выполненная из стекла, металла, ситалла или пластмассы, одна из поверхностей которой обязательно имеет правильную форму и покрыта отражающим слоем, шероховатость которого не превышает нескольких % от длины волны света.

В зависимости от типа покрытия зеркала бывают:

1. металлизированные - отражающее покрытие из алюминия, серебра, золота и др. металлов;

2. диэлектрические - отражающее покрытие в виде чередования тонких слоев диэлектриков, например, сернистого цинка, трехсернистого цинка и т. п., в которых происходит поляризация и интерференция света; следовательно, возникает селективное отражение, т. е. отражение света узкого спектрального диапазона.

В зависимости от формы зеркала бывают:

а) цилиндрические;

б) эллипсоидальные;

в) параболические;

г) сферические;

д) плоские.

Чем ближе форма поверхности к одной из этих математически правильных форм, тем лучше качество зеркала.