-
Геометрическая оптика. Понятие о двойственной природе света. Законы геометрической оптики.
Геометрическая оптика – раздел, в котором изучают законы распространения света на основании представления о световом луче как линии, вдоль которой распространяется энергия световой волны
Корпускулярно-волновой дуализм (двойственная природа света) — свойство природы, состоящее в том, что материальные микроскопические объекты могут при одних условиях проявлять свойства классических волн, а при других — свойства классических частиц[2][3].
Закон прямолинейного распространения света: в оптически однородной среде свет распространяется прямолинейно. Опытным доказательством этого закона могут служить резкие тени, отбрасываемые непрозрачными телами при освещении светом источника достаточно малых размеров («точечный источник»). Другим доказательством может служить известный опыт по прохождению света далекого источника сквозь небольшое отверстие, в результате чего образуется узкий световой пучок. Этот опыт приводит к представлению о световом луче как о геометрической линии, вдоль которой распространяется свет. Следует отметить, что закон прямолинейного распространения света нарушается и понятие светового луча утрачивает смысл, если свет проходит через малые отверстия, размеры которых сравнимы с длиной волны. Таким образом, геометрическая оптика, опирающаяся на представление о световых лучах, есть предельный случай волновой оптики при λ → 0. Границы применимости геометрической оптики будут рассмотрены в разделе о дифракции света. На границе раздела двух прозрачных сред свет может частично отразиться так, что часть световой энергии будет распространяться после отражения по новому направлению, а часть пройдет через границу и продолжит распространяться во второй среде.
Закон отражения света: падающий и отраженный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол отражения γ равен углу падения α.
Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления β есть величина, постоянная для двух данных сред:
-
Понятие тонкой линзы. Типы линз. Основные линии, плоскости и точки линзы. Формула тонкой линзы. Оптическая сила линзы.
Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой.
Принято выделять два основных вида линз: выпуклые и вогнутые.
Для первого вида характерно, что края этой линзы намного тоньше ее середины. А вот во втором варианте в линзе края будут намного толще, чем середина линзы.
Также стоит отметить, что эти две разновидности линз имеют определенные названия. К примеру, выпуклая линза будет называться собирающей. Потому что параллельные лучи, которые направляются на эти линзы при преломлении, собираются в одной точке. У нее выделяют подвиды: двояковыпуклая, плоско – выпуклая, вогнуто – выпуклая.
А вот вогнутая линза будет называться рассеивающей. Из названия становиться понятно, что лучи, которые направляются на линзу, проходя через нее, рассеиваются. У данного типа линз так же выделяют подвиды: двояко – вогнутая, плоско – вогнутая, выпукло – вогнутая.
Середину линзы называют оптическимцентром. Прямая, проходящая через оптический центр линзы перпендикулярно к ее плоскости, принято называть главной оптической осью. В случае если через оптический центр линзы провести какую-нибудь прямую, которая не совпадает с главной оптической осью, то получим побочную оптическую ось (прямая О1О2 на рисунке 38). Лучи, которые идут параллельно к побочной оптической оси, после преломления в линзе соберутся в точке. Эта точка лежит на побочной оси и принято называть побочным фокусом - точка F1. Побочных фокусов может быть бесконечно много. Все они лежат на плоскости, которая проходит через главный фокус перпендикулярно к главной оптической оси и принято называть фокальной плоскостью
Положение изображения и его характер (действительное или мнимое) можно также рассчитать с помощью формулы тонкой линзы. Если расстояние от предмета до линзы обозначить через d, а расстояние от линзы до изображения через f, то формулу тонкой линзы можно записать в виде:
Величину D, обратную фокусному расстоянию. называют оптической силой линзы. Единицой измерения оптической силы является диоптрия (дптр). Диоптрия – оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м: