6 білет

1 Питання

Закон прямолінійного поширення світла: в одно­рідному середовищі світло поширюється прямолінійно. Цим законом пояснюється, наприклад, утворення г еометричної тіні від освітлюваних предметів.

Закони відбивання та заломлення світла. На межі поділу двох середовищ частина світла відбива­ється, а частина - заломлюється. Кутом падіння α на­зивається кут між падаючим променем та перпенди­куляром до межі поділу, проведе­ним у точці падіння (мал. а). Кут відбивання α' - це кут між відбитим променем і тим самим перпендикуляром.

Кут заломлення β - це кут між заломленим променем і тим са­мим перпендикуляром до повер­хні (мал. б).

Закони відбивання світла:

1. Падаючий промінь, відбитий промінь і перпен­дикуляр до межі поділу двох середовищ, проведений у точці падіння променя, лежать у одній площині.

2. Кут відбивання дорівнює куту падіння: α = α'.

Закони заломлення світла:

1. Падаючий промінь, заломлений промінь і пер­пендикуляр до межі поділу середовищ, проведений у точці падіння променя, лежать у одній площині.

2. Відношення синусів кутів падіння і заломлення є сталим, і дорівнює відносному показнику заломлення даних середовищ: sinα/sinβ=n₂₁.

Повне відбивання . Коли світловий промінь з більш густого середовища 1 падає на межу поділу з менш густим середовищем 2 і виходить в друге середовище, то кут заломлення β більше кута падіння α (мал.). Якщо поступово збільшувати кут падіння α, то кут β також буде зроста­ти. При певному значенні кута падіння α₀, меншому за 90°, кут заломлення β дорівнюватиме 90° і заломлений промінь ковзатиме вздовж межі. При дальшому збільшенні кута падіння, тобто при α>α₀ падаючий промінь вже не буде заломлюватись - все світло відіб'ється в те саме середовище, звідки й поширювалось.

Описане явище називається повним відбиванням, а кут α₀ - граничним кутом повного відбивання. Значення α₀ можна знайти з закону заломлення: sinα₀/sin90^°=1/n => sinα₀=1/n,

де n>1 - відносний показник заломлення першого середовища (оптично більш густого) відносно другого.

Якщо паралельні промені, які падають на поверхню, залишаються паралельними і після відбивання, то таке відбивання називається дзеркальним, а сама поверх­ня - плоским дзеркалом.

Заломлення в плоскопаралельній пластинці. Плоскопаралельна пластинка - це прозоре тіло, обмежене паралельними площинами. Після прохо­дження крізь плоскопаралельну пластинку промінь не змінює свого напряму, а лише зміщується на відстань х паралельно самому собі (мал.).

Неважко показати, що від­стань х пов'язана з товщиною пластинки d формулою

де α - кут падіння, β - кут за­ломлення.

Заломлення в призмі. Призма - це прозоре тіло, обмежене двома зало­мними гранями, розміщеними під певним кутом φ одна до одної. На мал. зображено переріз призми пло­щиною, перпендикулярною до її ребер. Заломлення променя відбувається на заломних гранях АВ і ВС призми. Якщо матеріал призми оптично більш густий ніж довкілля, заломлений промінь обидва рази відхи­ляється до основи призми АС.

Кут φ між заломними гранями називається залом­ним кутом призми. Кут γ між продовженням променя, що падає на призму і променем, що виходить з призми називається кутом відхилення променя від початкового напряму.

Можна показати, що зв'язок між цими кутами такий: γ=α₁+β₂-φ, де α₁- кут падіння променя на грань АВ, β₂ – кут заломлення променя гранню ВС.

Оптику поділяють на дві основні частини: фізичну і геометричну. Фізична оптика вивчає явища, в яких проявляються хвильові і кор­пускулярні властивості світла. Наприклад, з'ясовані вже нами явища інтерференції і дифракції є проявами хвильових властивостей світла. Геометрична оптика вивчає явища, в яких проявляється властивість прямолінійного поширення світла в ізотропному середовищі. Геометрична оптика – це розділ оптики, що розглядає питання поширення світла в різних оптичних

Основним у геометричній оптиці є поняття світлового променя. Під променем розуміють нормаль до хвильової поверхні, яка показує напрям поширення світлової енергії. Експериментально цей напрям зображують вузьким пучком світла, що виділяється через невелич­кий отвір у непрозорому екрані. Такий пучок можна візуально спо­стерігати в задимленому просторі.

Прямолінійністю поширення світла пояснюється утворення ті­ней від непрозорих предметів. Хід променя на межі двох середовищ визначається законами відбивання і заломлення.

Метод геометричної оптики має важливе застосування в роз­рахунках і конструюванні різних оптичних приладів. Проте слід зазначити, що цей метод має наближений характер і обмежене засто­сування.

Закони геометричної оптики можуть порушуватися внаслідок явищ дифракції або різних неоднорідностей у середовищі.

Спочатку здається, що коли виділяється дедалі вужчий пучок світла, то світловий промінь все ближче і точніше відображатиме за­кономірності геометричної оптики. Насправді ж виділення і зву­ження світлового пучка можна досягти за допомогою діафрагми з отвором, але при звуженні отвору все більше проявляється явище дифракції, яке зумовлює розширення світлового пучка.

Оптичні прилади – це оптичні системи, які складаються з лінз, дзеркал, призм та ін., змонтованих у залежності від призначення приладу. До оптичних приладів, метою застосування яких є отримання різних оптичних зображень, належать: проекційні апарати (кіноапарат, фільмоскоп, фотозбільшувач, епіадоскоп), лупи, фотоапарати, мікроскопи, телескопи (рефрактори, рефлектори) та ін.

Фотоапарат. Фотоапарат складається із збиральної лінзи або комбінації лінз — об'єктива Об (рис.), апертурної діафрагми Д, камери К з касетною частиною Ф. При фотографуванні у касетну частину вставляється касета з фотопластинкою або з фото­плівкою. У деяких фотоапаратах для наведення зображення на різкість у касетну час­тину вставляють матове скло; в інших фотоапаратах для наведення на різкість є спеціальні видошукачі.

Об'єктив фотоапарата звичайно являє собою короткофокусну збиральну оптичну систему з усуненими абераціями(відхиленнями), за допомогою якої на фо­топлівці дістаємо дійсне і перевернуте зображен­ня. Якщо предмет віддалений, то зображення знаходиться поблизу фокальної площини; якщо предмет ближче, то зображення буде далі від фо­кальної площини.

Проекційний апарат. За допомогою проекційних апаратів одержують на екрані дій­сні і збільшені зображення картин або предметів. По суті проекційний апарат являє собою конструкцію, подібну до фотоапарата, де предмет і зображення помінялися мі­сцями. Картина на скляній пластинці або плівці розміщується відносно об'єктива Об на відстані, яка дещо більша від його фокусної відстані (рис.), завдяки чому на ек­рані Е, розміщеному в кількох метрах від об'єктива, виникає збільшене і перевернуте зображення. Пластинка або плівка освітлюється потужним джерелом світла S, розмі­щеним у головному фокусі лінз конденсора К. Конденсор забезпечує рівномірне осві­тлення кадра. Такою є схема проекційного апарата для демонстрування прозорих об'єктів (діапозитивів). Інакше його називають діаскопом (для діапрозорих об'єктів). До таких апаратів належить також кінопроектор.

Лупа. Лупа є найпростішим оптичним приладом, яким користуються для роз­глядання дрібних предметів у точних роботах. Вона є тонкою збиральною лінзою, яка, діючи спільно з оком, забезпечує збільшення кута зору. Звичайну лупу утримують біля ока, а розглядуваний предмет розміщують між фокусом і лінзою, поблизу фокуса (рис. 50, а). При цьому зображення предмета буде уявне, пряме і збільшене. Здійсню­ючи деяке переміщення ока з лупою, зображення одержують на відстані 250 мм; тобто на відстані найкращого бачення.

Мікроскоп. Для розгляду близьких і дуже дрібних предметів, коли потрібні значно сильніші збільшення від тих, що дає лупа, використовується складніша оптична сис­тема — мікроскоп. Мікроскоп складається з об'єктива і окуляра, які являють собою короткофокусні збиральні системи з усунутими абераціями. Мікроскоп може давати давати не тільки уявне зображення а й дійсне. Для цього досить дещо підняти окуляр угору, збільшивши відстань між об'єктивом і окуляром так, щоб первинне зображення предмета розмістилося за фокусом окуляра. Тоді вторинне зображення предмета буде дійсним і знаходитиметься над окуляром мікроскопа. Величину цього зображення можна змінювати, змінюючи відстані окуляра від первинного зображення предмета.

Телескоп. Телескопом називають оптичний прилад, призначений для розглядання великих, але віддалених предметів. Він складається з довгофокусного об'єктива і коро­ткофокусного окуляра. Об'єктив відтворює великий, але віддалений предмет в маленьке, але близьке зображення, не змінюючи кута зору; окуляр же в ролі лупи збільшує це пер­винне зображення.