Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Оптика.doc
Скачиваний:
10
Добавлен:
13.11.2019
Размер:
1.23 Mб
Скачать

Основи теорії із розділу “Геометрична оптика”

Це розділ оптики, в якому закони поширення світла розглядається на основі уявлення про світлові промені – нормальні до хвильових поверхонь лінії, уздовж яких поширюється потік світлової енергії.

Закон прямолінійного поширення світла: світло у оптично однорідному середовищі поширюється прямолінійно.

Закон незалежності світлових пучків: дія, спричинена окремим світловим пучком, не залежить від того, чи діють одночасно з ним інші світлові пучки або вони повністю усунені.

Закон відбивання світла: відбитий від межі розподілу двох прозорих середовищ промінь лежить у одній площині із падаючим променем та перпендикуляром, проведеним до межі розподілу із точки падіння. Кут відбивання  (між відбитим променем і перпендикуляром до межі) дорівнює куту падіння (між падаючим променем і перпендикуляром): =.

Закон заломлення світла: промінь падаючий, промінь заломлений і перпендикуляр, проведений до межі розподілу із точки падіння, лежать у одній площині; відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення для певних двох середо-

вищ є постійною величиною:

де n21 відносний показник заломлення другого середовища відносно першого, n2 і n1 абсолютні показники заломлення кожно-

го середовища. n=c/V, де с – швидкість поширення світла у вакуумі, V – швидкість світла у даному середовищі.

Якщо світло поширюється із оптично більш густого середовища (середовища із більшим показником заломлення) у оптично менш густе середовище (середовище із меншим показником заломлення (тобто, n1>n2)), згідно закону заломлення світла:

тобто . При збільшенні кута падіння збільшується і кут заломлення доти, доки при деякому куті падіння гр, який називають граничним кутом, кут заломлення не виявиться рівним /2. При куті па-

діння =гр, інтенсивність заломленого променя обертається в нуль, а інтенсивність відбитого стає рівною інтенсивності падаючого. Це явище називається повним внутрішнім відбиванням. При кутах падіння гр падаючий промінь не заломлюється, а повністю відбивається у перше середовище від межі розподілу із оптично менш

густим середовищем. Для граничного кута повного внутрішнього від-бивання гр, закон заломлення світла набуває вигляду:

оскільки у цей момент sin()=sin(/2)=1. Це явище використовується

у призмах повного відбивання, які дозволяють повертати світлові пучки на 900, розвертати зображення на 1800 або перевертати його.

Якщо монохроматичний пучок світла падає на бокову грань прозорої призми, показник заломлення матеріалу якої n, а кут при її вершині (заломлюючий кут), то після двократного заломлення на лівій і правій гранях призми падаючий пучок відхилиться від свого первинного напрямку до основи призми на кут . Використовуючи геометричні побудови променя при проходженні призми неважко переконатись, що кут відхилення променя призмою може бути визначений за формулою:

=1+2-.

де 1 – кут падіння променя на одну грань призми, 2 – кут заломлення променя на іншій її грані. Вважаючи кути та 1 малими, і за-

=(n-1).

писавши закон заломлення світла для обох граней призми, цьому співвідношенню легко надати вигляду:

Лінзами називаються прозорі тіла, обмежені двома поверхнями (одна з них звичайно сферична, іноді циліндрична, а друга – сферична або плоска), які заломлюють світлові промені і здатні формувати оптичні зображення предметів. Тонкою називається лінза, у якій її товщина d (відстань між обмежуючими її поверхнями) значно менша за радіуси кривини цих поверхонь R (d<<R). Радіус кривини опуклої поверхні лінзи вважається позитивним, а вгнутої – негативним.

Форма лінзи

Назва

Дво-

опуклі

Плоско-

опуклі

Дво-

вгнуті

Плоско-

вгнуті

Опукло-

вгнуті

Вгнуто-

опуклі

Радіуси

R1>0, R2<0

R1>0, R2=

R1<0, R2>0

R1<0, R2=

R1>R2>0

R1>R2<0

Фокусна відстань

F>0

F>0

F>0

F<0

F<0

F<0

Основні елементи лінзи: 1) Головна оптична вісь – пряма, що проходить че-рез центри кривини поверхонь лінзи. 2) Оптичний центр лінзи – точка О, яка ле-жить на головній оптичній осі і має властивість, що промені проходять через неї не заломлюючись. 3) Фокус лінзи – точка F, яка лежить на головній оптичній осі, у якій перетинаються промені параксиального (приосьового) світлового пучка, що поширюється паралельно головній оптичній осі (у кожної лінзи два фокуси). 4) Фокусна відстань F – відстань між оптичним центром лінзи і її фокусом. 5) Побічна оптична вісь – будь-яка пряма, що проходить через оптичний центр лінзи і не співпадає із головною оптичною віссю.

Якщо у середині лінза товща, ніж на краях, вона називається збірною, оскільки пучок паралельного головній оптичній осі світлового проміння збирає у фокусі, що лежить по іншу сторону від джерела світла. Якщо у середині лінза тонша, ніж на краях, вона називається розсіюючою, оскільки розсіює падаючий на неї пучок паралельного головній оптичній осі світлового проміння.

Побудова зображення предметів у лінзах здійснюється за допомогою таких променів: 1) Променя, що проходить через оптичний центр лінзи і не змінює свого напрямку; 2) Променя, що іде паралельно головній оптичній осі; після заломлення в лінзі цей промінь (або його продовження) проходить через другий фокус лінзи; 3) Променя (або його продовження), що проходить через перший фокус лінзи; після заломлення в ній він виходить із лінзи паралельно її головній оптичній осі.