Законы отражения

1. Падающий луч, отражающий луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

2. Угол отражения γ равен углу падения α:

γ = α.

4. Закон преломления. Предельный угол. Полное внутреннее отпажение.

Преломление света — явление, при котором луч света, переходя из одной среды в другую, изменяет направление на границе этих сред.

закон преломления света

Преломление света происходит по следующему закону:

Падающий и преломленный лучи и перпендикуляр, проведенный к границе раздела двух сред в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для двух сред:

где α — угол падения,

β — угол преломления,

n — постоянная величина, не зависящая от угла падения.

При изменении угла падения изменяется и угол преломления. Чем больше угол падения, тем больше угол преломления.

Если свет идет из среды оптически менее плотной в более плотную среду, то угол преломления всегда меньше угла падения: β < α.

Луч света, направленный перпендикулярно к границе раздела двух сред, проходит из одной среды в другую без преломления.

Предельный угол падения – это такой угол падения при котором угол преломления равен минимальным углом падения при котором начинается полное внутреннее отражение.

Угол падения, которому соответствует угол преломления 90°, называют предельным углом полного внутреннего отражения (α0)

Если свет падает из оптически более плотной среды в оптически менее плотную, то при определенном для каждой среды угле падения, преломленный луч исчезает. Наблюдается только преломление. Это явление называется полным внутренним отражением.

5. Тонкая линза. Формула тонкой линзы. Оптическая сила линзы.

Когда толщина линзы l=|AB| пренебрежимо мала по сравнению с радиусами R1 и R2 поверхностей линзы и расстоянием предмета от линзы, линзу называют тонкой.

Формула тонкой линзы связывает d (расстояние от предмета до оптического центра линзы), f (расстояние от оптического центра до изображения) с фокусным расстоянием F (рис. 101).

Треугольник АВО подобен треугольнику OB1A1. Из подобия следует, что

Треугольник OCF подобен треугольнику FB1A1. Из подобия следует, что

Это и есть формула тонкой линзы.

Расстояния F, d и f от линзы до действительных точек берутся со знаком плюс, расстояния от линзы до мнимых точек - со знаком минус.

Отношение размера изображения Н к линейному размеру предмета h называют линейным увеличением линзы Г.

Оптическая сила линзы — величина, обратная к фокусному расстоянию линзы, выраженному в метрах.

Обозначают оптическую силу буквой D. За единицу оптической силы взята диоптрия (дптр).

Одна диоптрия - это оптическая сила линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.

Оптическую силу собирающих линз считают положительной, а рассеивающих линз – отрицательной.

6. Оптические точки и плоскости линзы. Виды линз. Построение изображенийв собирающих и рассеивающих линзах.

Несмотря на огромное разнообразие, видов линз в физике различают всего два: выпуклые и вогнутые, или собирающие и рассеивающие линзы соответственно.

У выпуклой, то есть собирающей линзы края намного тоньше, чем середина. Собирающая линза в разрезе – это две призмы, соединенные основаниями, поэтому все проходящие сквозь нее лучи сходятся к центру линзы.

У вогнутой линзы края, наоборот, всегда толще, чем середина. Рассеивающую линзу можно представить в виде двух соединенных вершинами призм, и, соответственно, лучи, проходящие через такую линзу, будут расходиться от центра.

Так же есть двояковогнутые, двояковыпуклые, выпукло-вогнутые линзы.

Изображением точки S в линзе будет точка пересечения всех преломленных лучей или их продолжений. В первом случае изображение действительное, во втором — мнимое. Как всегда, чтобы найти точку пересечения всех лучей, достаточно построить любые два. Мы можем это сделать, пользуясь вторым законом преломления. Для этого надо измерить угол падения произвольного луча, сосчитать угол преломления, построить преломленный луч, который под каким-то углом упадет на другую грань линзы. Измерив этот угол падения, надо вычислить новый угол преломления и построить выходящий луч.

7. Погрешности линз. Сферическая и хроматическая аберрации. Кома. Дисторсия.

Аберрация — это отклонение геометрии объекта съемки или цветов по контуру снимаемых предметов. Аберрация возникает из-за несовершенства отражающих и преломляющих поверхностей объектива.

Хроматическая аберрация — это искажения, обусловленные зависимостью показателя преломления прозрачных сред оптической системы от длинны волны проходящего через нее света.

Сферические аберрации возникают из-за того, что линза сферической формы преломляет свет, падающий на нее около края сильнее, чем свет, который попадает по центру или недалеко от него. В результате изображение перестает быть сфокусированным в одной точке. Если смотреть на точку сквозь объектив со сферическими аберрациями, она будет иметь достаточно однородный ореол. Эффект проявляется и в центре, и по краям изображения.

Отличительной особенностью сферических аберраций является то, что их количество снижается на закрытых диафрагмах, когда края линзы заблокированы

Кома это сложная аберрация, которая влияет только на лучи света, которые проходят сквозь объектив под углом. При коме, лучи не сходятся в четкую точку, у них появляется «хвост» (рис. 9); там, где должна быть четкая точка, появляется комета с размытым хвостом - отсюда и название. Обычно размытость направлена от центра изображения (положительная/позитивная кома), но в некоторых случаях она может быть направлена и к центру (отрицательная/негативная кома). Кома асимметрична: чем дальше от центра изображения, тем заметнее эффект. Лучи, проходящие прямо через центр объектива, коме не подвержены.

Дисторсия (или геометрические искажения) - это аберрация, в результате которой прямые линии на изображении искривляются. На резкость дисторсия влияет незначительно, но в значительной мере определяет как передаются на изображении прямые линии. Наиболее распространены два типа дисторсии: бочкообразная и подушкообразная. Реже встречаются искажения похожие на «усы», являющиеся на самом деле сочетанием двух других – «бочки» по центру, переходящей в «подушку» ближе к краю.