Основные законы геометрической оптики. Принцип Ферма. Полное внутреннее отражение. Призмы

Оптика - раздел физики, который занимается изучением природы света, законов распространения и взаимодействия с веществом. Свет - это электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от до (ф 0,4-0,79 мкм кр). Видимый свет – это излучение в интервале длин волн: . Геометрическая оптика – раздел физики занимающийся изучением законов распространения света и получением изображений в оптических приборах. В основу геометрической оптики положено понятие светового луча (это линия указывающая направление распространения света) и световой пучок (это область пространства, в пределах которой распространяется свет). Световые пучки являются независимыми: каждый световой пучок при взаимном пересечении ведет себя самостоятельно, независимо от других пучков и не оказывает никакого влияния на другие пучки света. В основу г. о. положен принцип Ферма.

Принцип Ферма (первая формулировка): свет распространяется по такому пути, для прохождения которого ему требуется минимальное время.Пусть свет распространяется из точки 1 в точку 2.Для прохождения элементарного участка dS свету потребуется время . Абсолютный показатель преломления среды , где с – скорость света, – скорость света в среде, то . Вторая формулировка: величина называется оптической длиной пути.Если среда однородна (n=сonst), то L=nS, т. е. оптическая длина пути равнапроизведению показателя преломления среды на геометрическое расстояние между точками. Если заменить , т. е. пр. Ферма: свет распространяется по такому пути, длина которого минимальна, где s- геометрическая длина пути.

Основные законы геом. оптики:

1) З-н прямолинейного распространения света: в однородной прозрачной среде свет распространяется прямолинейно.2) З-н обратимости хода светового луча.3) З-н отражения света: а)луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр восстановленный в точку падения луча на границе раздела 2 сред, лежат в одной пл-ти.б)угол падения= углу отражения. 4) закон независимости световых пучков. 5) З-н преломления света: а)луч падающий, луч преломляющий и перпендикуляр восстановленный в точку падения луча на границе раздела 2 сред, лежат в одной плоскости.б)отношение sin угла падения к sin угла преломления есть величина постоянная, равная относительному показателю двух сред , где – относительный показатель преломления, – абсолютный показатель света.

Полное внутреннее отражение — внутреннее отражение, при условии, что угол падения превосходит некоторый критический угол. При этом падающая волна отражается полностью, и значение коэффициента отражения превосходит его самые большие значения для полированных поверхностей. Коэффициент отражения при полном внутреннем отражении не зависит от длины волны.В оптике это явление наблюдается для широкого спектра электромагнитного излучения, включая рентгеновский диапазон..Учитывая, что угол преломления не может превышать 90°, получаем, что при угле падения, синускоторого больше отношения меньшего коэффициента преломления к большему коэффициенту, электромагнитная волна должна полностью отражаться в первую среду.

Призма — оптический элемент из прозрачного материала (например, оптического стекла) в форме геометрического тела — призмы, имеющий плоские полированные грани, через которые входит и выходит свет. Свет в призме преломляется. Важнейшей характеристикой призмы является показатель преломления материала, из которого она изготовлена. Виды призм: Дисперсионные призмы. Отражательные призмы. Поляризационные призмы.