Оптика

Задача 4.

Під впливом сильного нагрівання сталь вкривається яс­ краво­ забарвленою плівкою (кольори мінливості). Пояснити­ причину появи цих кольорів­ .

Розв’язання:

Райдужні смуги в тонких плівках виникають в результаті інтерференції світлових хвиль, відбитих від верхньої і нижньої меж плівки окислів заліза на поверхні сталі. Хвиля, відбита від нижньої межі, відстає за фазою від хвилі, відбитої від верхньої межі. Величина цього відставання залежить від товщини плівки і довжини світлових хвиль у плівці. Унаслідок інтерференції відбувається гасіння одних кольорів спектра і підсилення інших.

2. Геометрична оптика

Геометрична оптика розглядає закони поширення світла в прозорих середовищах тільки на підставі уявлень про світло як сукупність світлових променів.

2.1. Прямолінійне поширення світла в однорідному середовищі

Світловий промінь — лінія, уздовж якої поширюється

енергія світлових електромагнітних хвиль.

Світловий пучок — це пучок світлових променів

(рис. 311).

В оптично однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно. Один із доказів цього — утворення тіні та на-

півтіні за перешкодою (рис. 312).

2.2. Закони відбивання світла

1.Падаючий і відбитий промені та перпендикуляр, опущений у точку падіння, лежать в одній площині.

332

2. Геометрична оптика

промені світлового пучка, який падає, хаотично розсіюють-

ся (рис. 315).

Дійсне зображення точкового джерела світла — це точ-

ка перетину відбитих (або заломлених) променів.

Уявне зображення — точка перетину продовжень відби-

тих (або заломлених) променів від джерела світла.

Зображення у плоскому дзеркалі:

—Зображення точки уявне і симетричне.

—Зображення тіла уявне і симетричне (зображення суми точок) (рис. 316, а, б).

333

Оптика

Рис. 316

Уявне зображення сприймається очима людини, але в дійсності не існує.

2.3. Закони заломлення світла. Повне відбивання світла

Закони заломлення світла:

1.Промінь падаючий, промінь заломлений і перпендикуляр, опущений у точку падіння променя, лежать в одній площині (рис. 317).

2.Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлювання світла є величина стала, яка дорівнює

відносному показнику заломлювання двох середовищ

(середовища, куди світло переходить, і середовища, з якого­ падає):

sinsinαγ =n2−1 .

Наслідок: промені заломлений і падаючий взаємно обер-

нені. Показник заломлювання середовища­ відносно ваку-

уму називається абсолютним показником заломлювання

середовища:

n1 = vc1 , n2 = vc2 .

При переході світла із оптично більш густого­ середовища в оптично менш густе кут заломлювання більший за кут падіння.

334

2. Геометрична оптика

Повне відбивання світла

При падінні світла із оптично більш густого середовища на межу поділу з оптично менш густим середовищем, коли кут заломлювання має стати 90°, світло повністю відбивається і вже не заломлюється. Мінімальний кут падіння,

при якому відбувається повне відбивання світла, назива-

ється граничним кутом повного відбивання (α0). Повне від-

бивання світла відбувається, коли кут падіння променя, що падає на межу з оптично менш густим середовищем, α0

(рис. 318):

Для алмазу α0 ≈ 24 °. Діамант — це алмаз, який оброблений­ (огранований) таким чином, щоб для максимально можливої кількості променів світла, що на нього впали, відбулося повне відбивання світла — світова «гра» діаманта.

Причина міражів — у повному відбиванні світла від оптично менш густих шарів нагрітого повітря, які містяться поблизу розігрітої Сонцем поверхні Землі.

Повне відбивання світла використовують у світловоді. Світловод — це пучки прозорих гнучких ниток. Їх викори­ стовують для передавання світла і зображення.

335