4.2. Основные положения оптики
4.2.1. Геометрическая оптика
Геометрической (или лучевой) оптикой рассматриваются законы распространения света в прозрачных средах на основе представлений о свете как о совокупности световых лучей - линий, вдоль которых распространяется световая энергия. В оптически однородной среде световые лучи прямолинейны и ортогональны к волновым поверхностям. На границе двух сред они подчиняются законам отражения и преломления. Пучки световых лучей могут пересекаться, не интерферируя и распространяясь после пересечения независимо друг от друга.
Геометрическая оптика в основном объясняет образование оптических изображений и позволяет рассчитывать многие оптические приборы.
Принцип Ферма (1660): луч света всегда распространяется в пространстве между двумя точками по тому пути, по которому время его прохождения меньше, чем по любому другому пути (принцип наименьшей оптической длины пути).
Закон обратимости: если из точки, в которую падает луч света, вы пустить луч в обратном направлении, то он пройдет по тому же пути, по которому шел прямой луч.
Изображение называют действительным, если оно создается сходящимися пучками лучей, и мнимым, если оно создается продолжениями лучей в противоположном лучам направлении. Изображения действительных объектов в плоских зеркалах всегда мнимые; в вогнутых зеркалах и собирающих линзах могут быть и действительными, и мнимыми. Рис. 4.3. Отражение света от Увеличение оптическое - отношение металлической поверхности, линейных или угловых размеров изображения предмета, получаемого с помощью оптической системы, к соответствующим размерам предмета.
Отражение света - явление отражения световой волны от границы двух сред обратно в ту среду, из которой луч подошел к границе раздела сред.
Закон зеркального отражения, отраженный луч лежит в плоскости падающего луча, причем угол его отражения равен углу падения падающего луча (рис. 4.3).
Преломление света - изменение направления распространения света при его прохождении через границу двух сред.
Относительный показатель преломления - отношение скоростей распространения света в двух средах.
Закон преломления Снелл я: угол падения (р, угол преломдения х и показатели преломления сред и п2 связаны соотношением (рис. 4.4):
nl sin(p = п2 sinx-
Рис. 4.4. Отражение и преломление света на границе двух сред
Оптическая система - совокупность оптических деталей (зеркал, линз, призм и т.п.), образующих оптические изображения предметов на приемниках световой энергии.
Зеркало - тело, обладающее полированной поверхностью и способное отражать световые лучи. Зеркала должны иметь высокий коэффициент отражения, для чего их гладкую поверхность покрывают металлической (алюминиевой, серебряной или золотой) пленкой. Зеркала могут быть плоскими, вогнутыми и выпуклыми. Вогнутые и выпуклые зеркала могут иметь различную форму - сферическую, параболоидальную, эллипсоидальную, тороидальную и т.п. (рис. 4.5).
б)
Рис. 4.5. Отражение света от плоского (а), вогнутого (б) и выпуклого (в) зеркал.
Линза - прозрачное тело, ограниченное двумя криволинейными или криволинейной и плоской поверхностями. В большинстве случаев применяются линзы, поверхности которых имеют сферическую форму. Линза является собирающей, если она преобразует параллельный пучок света в сходящийся, и рассеивающей, если в расходящийся (рис. 4.6). Линза называется тонкой, если ее толщина мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей. В противном случае линза называется толстой.
Главной плоскостью линзы является плоскость соединения обеих ее криволинейных поверхностей; фокусным расстоянием линзы является расстояние от главной плоскости до точки пересечения падающего на нее параллельного пучка света. Материалом для линз чаще всего служит оптическое и органическое стекло.
Призма - прозрачный многогранник, у которого две грани - л-угольни-
ки (основания), а остальные параллело- Рнс4 6-Лин1Ы тонкая вбирающая (а)
и рассеивающая (б).
