Наближення коротких хвиль. Основні поняття і закони геометричної оптики. Заломлення світла на плоскій і сферичній поферхнях.

Промінь - нормаль до хвильової поверхні, яка показує напрям світлової енергії. Експериментально цей напрям відображають вузьким пучком світла, що виділяється через невеличкий отвір у непрозорому екрані. Поведінку променя на межі двох середовищ визначається законами відбивання і заломлення. Користуючись світловими променями, можна дістати простий метод побудови зображень в оптичних системах. Він зводиться до того, що з кожної точки S світного предмета проводять пучок променів і шукають точку їхнього перетину після проходження оптичної системи. З цієї точки промені розходяться так, наче вона є, самостійним джерелом, подібним до світної точки S; тому точку називають зображенням світної точки S. Сукупність зображень всіх точок світного предмету буде зображенням цього предмета, одержаним за допомогою даної оптичної системи.

1. Закон прямолінійного поширення світла: в однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно.

2. Закон відбивання.

Падаючий промінь і перпендикуляр до межі розділу двох середовищ, поставлений у точці падіння, лежить в одній площині, кут падіння α дорівнює куту відбивання β.

Гладенькі тіла, які відбивають світло в одному напрямі, називають дзеркалами, поверхні дзеркальними.

3. Закон заломлення світла.

1) Падаючий і заломлений промені і нормаль до межі поділу лежать в одній площині.

2) Відношення синуса кута падіння α до синуса кута заломлення γ дорівнює відношенню швидкостей поширення світла в цих середовищах:

₁ i ₂ – швидкості поширення світла в середовищах, показники заломлення яких п₁ і п₂.

Величину п₂₁ називають відносним показником заломлення, або показником заломлення другого середовища відносно першого. Він показує, у скільки разів швидкість світла у першому середовищі більша або менша від швидкості світла в другому. Якщо першим середовищем є вакуум, то - абсолютний показник заломлення, який показує у скільки разів швидкість світла у вакуумі більша, ніж у даному середовищі. Середовище з більшим показником заломлення називається оптично більш густим. Якщо світло переходить з оптично більш густого середовища в менш густе, то кут заломлення більший від кута падіння γ > α

Якщо світло переходить з оптично густішого середовища в оптично менш густе, то, починаючи з деякого кута падіння α ₀ , світло повністю відбивається від поверхні розділу цих двох середовищ. Кут падіння α, що відповідає куту заломлення β ₀ = 90⁰ , називають граничним кутом повного відбивання. В цьому випадку γ = 90⁰, Sin γ = 1, отже:

Розглянемо заломлення світла плоскою поверхнею, яка розділяє два середовища із показниками заломлення п₁ і п₂, причому п₁< п₂. Розглянемо хід променів АО і АМ які виходять із точки А. Промінь А О, що падає на межу поділу нормально, свого напрямку не змінює. Промінь АМ, заломившись на межі поділу середовищ, піде в напрямку ММ'. Продовження заломленого променя ММ' перетинає нормаль в точці А ’ яка є уявним зображенням точки А. Продовження заломленого променя М₁М₁'. перетне нормаль в точці А₁ і т.д. Отже, промені широко розбіжного або збіжного пучка після заломлення на плоскій поверхні перетнуть продовження лінії АО в різних точках (А^А^А^,...). Іншими словами, гомоцентричний пучок після проходження через плоску поверхню перестає бути гомоцентричним, тобто, замість точкового зображення, отримується зображення в вигляді кружечка. Для малих кутів має місце формула:

- рівнянням нульового променя.

Величина, що стоїть в правій частині виразу є сталою для даних речовин і для даної поверхні, оскільки вона залежить тільки від показників заломлення розглядуваних речовин і радіуса кривизни поверхні. її називають оптичною силою заломлюючої поверхні І позначають буквою Ф

4.3.2 Дзеркала, призми, лінзи. Оптичні прилади.

Оптичні прилади - це оптичні системи, що складаються із лінз, призм, дзеркал тощо, змонтованих певним чином за допомогою механічних пристосувань.

Лупа - проста система (одна або кілька лінз) з невеликою фокусною відстанню(від 100 до 10 мм), яка розміщується між розглядуваним предметом і оком. Вона служить для спостереження дрібних деталей предмета, які не можна розглянути неозброєним оком. Лупа дає збільшене зображення.

При спостереженні за допомогою лупи предмет розміщують між самою лупою та її фокусом або в її передньому фокусі. Зображення предмета в першому випадку отримується на відстані найкращого зору, а в другому - на нескінченності. Зображення отримується уявне, пряме і збільшене

Збільшення лупи

Мікроскоп. Для отримання великих збільшень при розгляді близько розміщених предметів або мікродеталей предметів застосовується мікроскоп. Він складається із двох оптичних систем - об'єктива Об і окуляра Ок, які знаходяться на значній відстані в порівнянні з їх фокусними відстанями

,

Оптичні системи, призначені для спостереження віддалених предметів, називаються телескопічними системами.

Оскільки розглядуваний предмет знаходиться надто далеко, то можна вважати що промені, що виходять із будь-якої точки предмета, входять в телескопічну систему паралельними пучками. Для того, щоб око спостерігача могло бачити різке зображення предмета без акомодації, необхідно, щоб із телескопічної системи також виходили паралельні пучки світла. Таким чином, телескопічні системи відрізняються від інших оптичних систем тим, що промені в телескопічну систему входять у вигляді паралельного пучка і виходять із неї теж у вигляді паралельних пучків.

Найпростіша телескопічна система складається із об'єктива і окуляра.

Щоб паралельні пучки променів в просторі предметів були паралельними і в просторі зображень, необхідно сумістити задній фокус об'єктива із переднім фокусом окуляра. Якщо окуляр є додатною оптичною системою, то така телескопічна система називається трубою Кеплера.