4. Явление полного внутреннего отражения

Отдельный интерес представляет случай, когда свет падает на границу из среды с большей оптической плотностью (n₁  n₂), рис. 5. В этом случае если мы будем увеличивать угол падения i, то при некотором угле падения – критическом угле или угле полного внутреннего отражения (i_ПВО) преломленный луч начнет скользить по границе раздела сред (r=90). В соответствии с (2) этот угол будет определяться соотношением:

r = arcsin n₂/n₁. (3)

Значения угла полного внутреннего для некоторых сред приведены в таблице.

При углах больше критического происходит полное отражение энергии. Так, например, при отражении от самого хорошего зеркала теряется около 4% энергии.

n₁

i_ПВО

n₂

Таблица

Материал	n	iПВО, 
Вода	1,33	48
Стекло	1,5	40
Кварц	1,7	36

Рис. 5.

Это явление широко используется в технике.

1. Оборотная призма. Ход луча в оборотной призме приведен на рис. 6 а.

б

а

в

Рис. 6. Оборотная призма: а – ход луча в призме, б – применение оборотной призмы в бинокле

На грань а оба раза луч падает по нормали и проходит не преломляясь. На грани б и в луч падает под углом 45, что для стекла и кварца больше критического угла и там происходит полное внутреннее отражение. Т. о. луч меняет свое направление на противоположное.

Применение призмы в бинокле показано на рис. 6, б.

2.Поворотная призма. Ход луча в поворотной призме приведен на рис. 7.

а б

в

Рис. 7. Поворотная призма: а – ход луча в призме, б – применение поворотной призмы в перископе

На грани а и в лучи падают по нормали и проходят не преломляясь. На грань б луч падает под углом 45, там происходит полное внутреннее отражение и луч поворачивается на 90. Применение призмы в перископе показано на рис. 6, б.

Необходимо отметить широкое применение волоконной оптики, основанной на явлении полного внутреннего отражения.

Лекция 2

1. Линзы. Ход лучей и построение изображений

Сферическая линза представляет собой пространство, ограниченное с двух противоположных сторон сферическими поверхностями. Прямая, соединяющая центры этих поверхностей, является главной оптической осью такой линзы (рис. 1). Линза называется тонкой, если ее толщина вдоль главной оптической оси существенно меньше радиусов кривизны ее поверхностей. В зависимости от кривизны поверхностей и соотношения показателей преломления материала линзы и среды, в которой находится линза, она может быть положительной (собирающей) или отрицательной (рассеивающей).

Построение изображения для различных положений предмета относительно положительной линзы пояснено на рис. 2.

Выражение

(1)

называется формулой тонкой линзы. В этом выражении а₁ – расстояние от предмета до линзы, а₂ – расстояние от линзы до изображения, F – фокусное расстояние линзы.

Для построений используются два из трех лучей, ход которых известен: луч идущий до линзы параллельно оптической оси после линзы пойдет через фукус; луч идущий до линзы через фокус после линзы пойдет параллельно оптической оси линзы; луч идущий через центр линзы идет не преломляясь. Действительное изображение получается на пересечении лучей и его можно наблюдать на экране (рис 2, а и 2,б). На рис. 2, в пересекаются не лучи, а их продолжения. В этом случае говорят, что изображение мнимое и его можно увидеть глазом, но не на экране. Пучок лучей, попадающий на хрусталик глаза, преломляется и дает действительное изображение на сетчатке глаза.

Рис. 2. Построение изображений в положительной линзе