 |
Основные законы геометрической оптики
|
|
|
|
Геометрическая оптика
Основные определения
Свет – электромагнитное излучение с длинами волн 380 - 770 нм (в вакууме), способное вызывать зрительное ощущение в глазах человека.
Скорость распространения света 3·108 м/с в вакууме и не зависит от скорости системы отсчета наблюдения. В прозрачных средах скорость меньше в n раз, где n – показатель преломления.
Точечный источник – источник света, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи.
На рисунках часто обозначается буквой S от английского source – источник.
Волновая поверхность – геометрическое место точек свет до которых распространялся от источника одинаковое время (совершающих колебание в одной фазе).
Волновой фронт – геометрическое место точек до которых распространилась волна от источника (передняя волновая поверхность).
Луч – линия указывающая направление распространения света (распространения энергии световой волны) перпендикулярная волновой поверхности в каждой точке пространства.
В случае однородных сред волновые поверхности имеют простые формы (параллельные плоскости, концентрические сферы, аксиальные цилиндры) и лучи прямые.
Нельзя путать луч и узкий световой пучок! Луч – геометрическое понятие (просто линия). Пучок имеет физические характеристики – имеет конечное сечение, переносит определенную энергию, частоту, цвет, длину волны и т.д.
- Световые пучки распространяются независимо друг от друга. Например, проходя один через другой, они не влияют на взаимное распространение.
- Световые пучки обратимы, т.е., если поменять местами источник света и изображение, полученное с помощью оптической системы, то ход лучей от этого не изменится.
|
|
|
Изображение - картина, получаемая в результате прохождения через оптическую систему световых лучей, распространяющихся от объекта, и воспроизводящая его контуры и детали.
Область видимости изображения – геометрическое место точек пространства из которых невооруженный глаз может видеть изображение
Действительное изображение создаётся, когда после прохождения оптической системы, вышедшие из одной точки предмета, собираются в одну точку. Можно видеть глазом и получить на экране.
Мнимое изображение создается, когда каждой точке предмета соответствует выходящий из оптической системы пучок лучей, которые, если бы продолжить их обратно прямыми линиями, сошлись бы в одной точке; возникает видимость, что пучок выходит именно оттуда. Можно видеть глазом или с помощью фокусирующих систем. Нельзя наблюдать на экране.
Основные законы геометрической оптики
1. Закон прямолинейного распространения света
2. Закон отражения
3. Закон преломления
Принцип Ферма(принцип наименьшего времени Ферма)
Свет распространяется по пути, требующему на прохождение минимальное время.
В более точной формулировке: свет выбирает один путь из множества близлежащих, требующих почти одинакового времени для прохождения; другими словами, любое малое изменение этого пути не приводит в первом порядке к изменению времени прохождения.
Данный принцип, не объясняя причин, обобщает все законы геометрической оптики.
Закон прямолинейного распространения В прозрачной однородной среде свет распространяется прямолинейно
Этим законом объясняется образование теней и полутеней от точечных и протяженных источников.
При малых размерах источника (источник, находится на расстоянии, по сравнению с которым размерами источника можно пренебречь) получается только тень (область пространства, в которую свет не попадает). При больших размерах источника света (или, если источник находится близко к предмету) создаются нерезкие тени (тень и полутень).
|
|
|
На прямолинейности распространения основывается зрительная привычка человека, согласно которой, пришедшие в глаз лучи обрабатываются, как пришедшие от источника, находящегося на пересечении их прямолинейных продолжений. На нарушении прямолинейности распространения света основаны многие оптические иллюзии, например, образование миражей.
|
|
|
