1) Законы геометрической оптики.

Геометрическая оптика — раздел оптики, пренебрегающий конечностью длин волн (т.к. человеческий глаз воспринимает воны очень маленьких длин, порядка 10-7)

Распространение видимого света можно рассматривать, отвлекаясь от его волновой природы, свет распространяется вдоль некоторых линий, называемых лучами.

Если есть малый по размерам источник света, и тело, преграждающее свету путь от источника, то за телом образуется конус тени, вершина которого источник.

Если источником света не точечный, то возможно образование полутени

Закон отражения света.

Отражённый луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке падения. Угол падения равен углу отражения.

Каждая точка источника света в геометрической оптике считается центром расходящегося пучка лучей. Изображение называется действительным, если в изображении пересекаются сами лучи, и мнимым, если пересекаются продолжения этих лучей

Построение изображения в плоском зеркале:

Изображения находятся позади зеркала на таком же расстоянии от него, как и сами предметы. Кроме того, отрезок, соединяющий предмет и его изображение, перпендикулярен поверхности зеркала.

α-угол падения, β-угол отражения, γ-угол преломления

Закон преломления.

Преломлённый луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и нормалью, восстановленной в точке в точке падения. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных веществ.

n12=v1/v2=cv1/cv2=n2/n1 — относительный показатель преломления второй среды относительно первой.

Абсолютный показатель среды – показатель преломления среды относительно вакуума n=c/v, он характеризует оптическую плотность, чем больше n, тем среда более плотная.

α-угол падения, β-угол отражения, γ-угол преломления

2) Явление полное внутреннее отражение

Энергия, которую несёт с собой падающий луч, распределяется между отражённым и преломлённым лучами. По мере увеличения угла падения интенсивность отражённого луча растёт, интенсивность преломлённого убывает, обращаясь в нуль при предельном угле. При углах падения, заключённых в пределах αпред до π/2, световая волна проникает во вторую среду на расстояние порядка длинны волны λ и затем возвращается в первую среду. Это явление полного внутреннего отражения.

αпред=arcsin n12

3) Принцип Ферма

- осн. принцип геометрической оптики, утверждающий в простейшей форме, что луч света всегда распространяется в пространстве между двумя точками по тому пути, вдоль к-рого время его прохождения меньше, чем вдоль любого из др. путей, соединяющих эти точки. Время прохождения светом расстояния l в среде с показателем преломления ппропорционально оптич. длине пути S. Для однородной среды S=nl, а для неоднородной

  Т. <о., в этой форме Ф. <п. есть принцип наименьшей оптич. длины пути. В первонач. формулировке, данной П. Ферма (P. Fermat, ок. 1660), принцип имел смысл наиболее общего закона распространения света, из к-рого следовали все (к тому времени уже известные) законы геом. оптики. Для однородной среды Ф. п. приводит к закону прямолинейности светового луча (в соответствии с положением о том, что прямая есть линия, вдоль к-рой расстояние между двумя точками наименьшее), а для случая падения луча на границу раздела между средами с разными п из Ф. <п. можно получить законы зеркальногоотражения света и преломления света.

В более строгой формулировке Ф. п. представляет собой т. <н. в а р и а ц и о н н ы й п р и н ц и п, утверждающий, что реальный луч света распространяется от одной точки к другой по линии, вдоль к-рой время его прохождения э к с т р е м а л ь н о или о д и н а к о в о по сравнению с временами прохождения вдоль всех др. линий, соединяющих данные точки. Это означает, что оптич. длина пути луча может быть не только минимальной, но и максимальной либо равной всем остальным возможным путям между двумя точками. Условие экстремальности оптич. длины пути сводится к требованию, чтобы была равна нулю вариация от интеграла  где А и В- точки, между к-рыми распространяется свет. Примеры мин. пути - упомянутые распространение света в однородной среде и прохождение им границы раздела двух сред с разными п. Все три случая (минимальности, максимальности и стационарности пути) можно проиллюстрировать, рассматривая отражение луча света от вогнутого зеркала (рис.). Если зеркало имеет форму эллипсоида вращения, а свет распространяется от одного его фокуса Р к другому Q (причём путь без отражения невозможен), то оптич. длина пути луча РО' + O'Q по свойствам эллипсоида равна всем остальным возмож ным, напр. РО " + O "Q; если на пути между теми же точками свет отражается от зеркала меньшей, чем у эллипсоида, кривизны ( ММ), реализуется мин. путь, если же большей (зеркало NN) - максимальный.

В волновой оптике Ф. п. представляет собой предельный случай Гюйгенса - Френеля принципа и применим, если можно пренебречь дифракцией света (когда длина световой волны мала по сравнению с наименьшими характерными для задачи размерами): рассматривая лучи как нормали к волновым поверхностям, легко показать, что при всяком распространении света оптич. длины будут иметь экстремальные значения. Во всех случаях, когда необходимо учитывать дифракцию, Ф. п. (как и геом. оптика вообще) неприменим.