1.3. Загальні відомості про світло

Світло – поперечна електромагнітна хвиля. Швидкість світла у вакуумі м/с. В будь-якому середовищі швидкість світла менше, ніж у вакуумі.

Абсолютний показник заломлення – це характерне для середовища число, яке визначає в скільки разів швидкість поширення світла в середовищі менша за швидкість світла у вакуумі

. (1.1)

Величину показника заломлення середовища характеризують також терміном оптична густина. Середовище з більшим значенням показника заломлення називають оптично густішим.

В таблиці наведено абсолютні показники заломлення деяких середовищ.

Середовище	Показник заломлення,
Вакуум	1
Повітря
Вода	1,33
Скло	1,4-1,7

Світло характеризується довжиною хвилі , швидкістю поширенняі частотою. Між ними існує зв’язок

.

У вакуумі довжина хвилі видимого світла лежить в інтервалі 0,4-0,76 нм.

Лінії, вздовж яких поширюється світлова енергія, називаються промені.

Хоча світлові хвилі поперечні (рис. 1.1), зазвичай вони не проявляють асиметрії відносно променя. В природному світлі присутні коливання в усіх напрямках перпендикулярних до променя (рис. 1.2).

Якщо якімсь чином виділити коливання тільки в одній площині, то таке світло називають поляризованим. Існують різні види поляризованого світла.

2. Фотометрія

Фотометрія – розділ оптики, який займається вимірюванням світлових потоків і величин, які пов’язані з такими потоками.

Джерело світла, розмірами якого можна знехтувати в порівнянні з відстанню до місця спостереження, називається точковим.

Сила світла

Сила світла – відношення світлового потоку, до тілесного кута, в межах якого проходить цей потік

,

де – повний світловий потік джерела. Одиниця вимірювання СІ: кандела (від лат.candela– свічка).

Світловий потік

Світловий потік – кількісна характеристика випромінювання, яке випромінюється джерелом світла. Одиниця вимірювання СІ: люмен (від лат. lumen– світло). Він дорівнює світловому потоку, що випромінює ізотропне джерело з силою світла 1 кандела в межах тілесного кута 1 стерадіан

1 лм = 1 кд·1 ср.

Освітленість

Освітленість – ступінь освітленості поверхні падаючим світлом

.

Одинця освітленості СІ: люкс (від лат. lux– світло)

.

Освітленість прямо пропорційна силі світла джерела світла. При віддаленні його від освітлюваної поверхні її освітленість зменшується обернено пропорційно до квадрата відстані. Коли проміння світла падає похило до освітлюваної поверхні, освітленість збільшується пропорційно косинусу кута падіння проміння

.

Освітленість визначають за допомогою люксметра.

Приклади освітленості:

• сонячним промінням опівдні – 100 000 лк;

• сонячним промінням в кімнаті у вікна – 100 лк;

• від повного місяця – 0,2 лк.

3. Геометрична оптика

В першому наближенні поширення видимого світла можна розглядати не враховуючи його хвильову природу та вважаючи що світло поширюється вздовж ліній, які називають променями. В цьому випадку закони оптики можна описати мовою геометрії.

3.1. Закони геометричної оптики

В основі геометричної оптики лежать п’ять законів.

Закон прямолінійного поширення світла

В однорідному прозорому середовищі світло поширюється прямолінійно.

Закон незалежності світлових променів

Світлові пучки від різних джерел при накладанні діють незалежно один від іншого і не впливають один на одного.

Закон відбивання світла

Падаючий на границю розділу двох оптично неоднорідних середовищ промінь, відбитий промінь і перпендикуляр, проведений до границі розділу в точці падіння, лежать в одній площині (рис. 1.3). Кут відбивання променя від границі розділу двох середовищ дорівнює куту падіння променя

.

Закон заломлення світла (закон Снелліуса)

Падаючий на границю розділу двох оптично неоднорідних середовищ промінь, заломлений промінь і перпендикуляр, проведений до границі розділу в точці падіння, лежать в одній площині (рис. 1.4). Відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення променя є величиною сталою для двох даних середовищ

.

–абсолютний показник заломлення першого середовища,

–абсолютний показник заломлення другого середовища.

Закон оборотності світлових променів

Промінь світла, який пройшов певною траєкторією в одному напрямку, в протилежному напрямку пройде тією ж траєкторією.

З закону оборотності світлових променів слідує корисне правило: на рисунках можна змінювати напрямок світлового променя на протилежний. Його траєкторія від цього не змінюється.

Зауважимо, що кути в оптиці завжди вимірюються між променем і перпендикуляром, проведеним в точку падіння.