2. Преломление и отражение световых лучей.

Явление преломления световых лучей при переходе из одной среды в другую объясняется различием скоростей распространения света в этих средах.

Наибольшую скорость распространения свет имеет в вакууме: =299792 км/сек.

Отношение

где - скорость распространения света в данной среде - определяет показатель преломления среды.

Для изготовления оптических деталей приборов применяют однородные прозрачные материалы, поэтому при расчете оптических систем полагают, что показатель преломления имеет постоянное значение в любой точке среды.

Пусть поверхность разделяет две среды с показателями преломления n и n' (рис 6). Падающий и преломленный лучи образуют с нормалью к поверхности углы: i - угол падения; i' - угол преломления.

Закон преломления гласит, что падающий луч, нормаль к поверхности в точке падения и преломленный луч лежат в одной плоскости и что произведение показателя преломления на синус угла луча с нормалью в одной среде равно такому же произведению во второй среде, т.е.

n  sin i = n'  sin i'

Для каждой среды, кроме вакуума, показатель преломления зависит от длины волны:

n = f( ).

Поэтому, если падающий луч не монохроматический, то составляющие его отдельные монохроматические лучи будут преломляется по-разному. Например, если падающий луч видимого цвета, то составляющие его различные лучи после преломления будут иметь разные направления (рис 7).

Происходит дисперсия света, угловая величина которой будет равна (согласно закону преломления):

где dn и dn' - разность преломления крайних длин волн.

Дисперсией света называется явление зависимости абсолютного показателя преломления вещества от длины волны в вакууме:

=

n = f ().

Рассмотрим один важный случай, когда n > n'.

При этом может оказаться, что

и, следовательно, преломления света не происходит. От поверхности раздела луч отражается обратно в первую среду. Явление это носит название полного внутреннего отражения.

Из рис.8 видно, что все лучи, имеющие угол падения , преломляются,  а лучи, имеющие угол падения , отражаются обратно в первую среду, при этом

Угол называется критическим углом полного внутреннего отражения.

Если световые лучи встречают на своем пути зеркальные или другие отражающие поверхности, то происходит отражение световых лучей. Из закона отражения света следует, что падающий луч, нормаль к поверхности в точке падения и отраженный луч лежат в одной плоскости и углы падающего и отраженного луча с нормалью равны (рис. 9).

В практике часто отражение света рассматривают как частный случай преломления. При этом считают, что после отражения скорость распространения света сохраняет свое абсолютное значение, но изменяет знак. Следовательно, для этого случая можно принять

n' = - n.

Тогда исходя из закона преломления получим

sin i' = - sin i

i' = - i