Законы геометрической оптики

20 Июня в 22:12 822 0


Если на пути света встречается другая прозрачная среда, отделенная от первой гладкой поверхностью, то луч света отчасти отражается от этой поверхности, отчасти проходит через нее, меняя свое направление. В первом случае говорят об отражении света, во втором — о его преломлении.

Чтобы объяснить законы отражения и преломления света, нужно ввести понятие нормали — перпендикуляра к отражающей или преломляющей поверхности в точке падения луча. Угол между падающим лучом и нормалью в точке падения называется углом падения, а между нормалью и отраженным лучом — углом отражения.

Закон отражения света гласит: падающий и. отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью в точке падения; угол падения равен углу отражения.

Закон отражения света
Закон отражения света

Показан ход луча между точками S1 и S2 при его отражении от поверхности А1А2. Перенесем точку S2 в S2', находящуюся за отражающей поверхностью. Очевидно, линия S1S2' будет кратчайшей, если она прямая. Это условие выполняется, когда угол u1=u1' и, следовательно, u1=u2, а также когда прямые OS1, ОТ и OS2 находятся в одной плоскости.

Закон преломления света гласит: падающий и преломленный лучи лежат в одной плоскости с нормалью в точке падения; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления для данных двух сред и для лучей данной длины волны есть величина постоянная.

Не приводя расчетов, можно показать, что именно эти условия обеспечивают кратчайшее время прохождения света между двумя точками, находящимися в разных средах.

Закон преломления света
Закон преломления света



Закон преломления света выражается следующей формулой:
Закон преломления света
Величина n2,1 называется относительным показателем преломления среды 2 по отношению к среде 1.

Показатель преломления данной среды относительно пустоты (практически к ней приравнивают воздушную среду) называется абсолютным показателем преломления данной среды n.

Относительный показатель преломления n2,1 связан с абсолютными показателями первой (n1) и второй (n2) среды отношением:
Относительный показатель преломления
Абсолютный показатель определяется оптической плотностью среды: чем больше последняя, тем медленнее распространяется свет в данной среде.

Отсюда второе выражение закона преломления света: синус угла падения так относится к синусу угла преломления, как скорость света в первой среде к скорости света во второй среде:
второе выражение закона преломления света
Поскольку свет обладает максимальной скоростью в пустоте (и в воздухе), показатель преломления всех сред больше 1. Так, для воды он составляет 1,333, для оптического стекла разных сортов — от 1,487 до 1,806, для органического стекла (метилметакрилата) — 1,490, для алмаза— 2,417. В глазу оптические среды имеют следующие показатели преломления: роговица — 1,376, водянистая влага и стекловидное тело — 1,336, хрусталик — 1,386.

Ю.З. Розенблюм
Похожие статьи
показать еще
 
Офтальмология