Геометрическая оптика. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Фронт механической волны — совокупность точек, колеблющихся в одинаковой фазе.

Принцип Гюйгенса: каждая точка фронта волны является источником вторичных волн, распространяющихся во все стороны со скоростью распространения волны в среде. Огибающая вторичных волн определяет положение фронта волны в последующие моменты времени.

Луч — вектор, перпендикулярный фронту волны, показывающий направление переноса энергии волны в данной точке.

Угол падения волны — угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред в точке падения.

Фронт механической волны — совокупность точек, колеблющихся в одинаковой фазе.

Принцип Гюйгенса: каждая точка фронта волны является источником вторичных волн, распространяющихся во все стороны со скоростью распространения волны в среде. Огибающая вторичных волн определяет положение фронта волны в последующие моменты времени.

Луч — вектор, перпендикулярный фронту волны, показывающий направление переноса энергии волны в данной точке.

Угол падения волны — угол между падающим лучом и перпендикуляром к границе раздела двух сред в точке падения.

Угол отражения — угол между отраженным лучом и перпендикуляром к отражающей поверхности.

Закон отражения волн: угол отражения равен углу падения. Падающий луч, отраженный луч и перпендикуляр, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости.

Мнимое изображение — изображение предмета, возникающее при пересечении продолжений лучей расходящегося пучка. Мнимое изображение источника в плоском зеркале располагается симметрично относительно зеркала.

Преломление— изменение направления распространения волны при прохождении из одной среды в другую.

Угол преломления — угол между преломленным лучом и перпендикуляром к границе раздела в точке падения.

Абсолютный показатель преломления среды — физическая величина, равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде:

Закон преломления: отношение синуса угла падения к синусу угла преломления равно отношению показателей преломления второй среды к первой:

Полное внутреннее отражение — явление отражения света от оптически менее плотной среды, при котором преломление отсутствует, а интенсивность отраженного света практически равна интенсивности падающего.

Угол полного внутреннего отражения — минимальный угол падения света, начиная с которого возникает явление полного внутреннего отражения:

Волоконная оптика — система передачи оптических изображений с помощью стекловолокон (световодов). Луч, прошедший плоскопараллельную пластинку, выходит из нее параллельно направлению падения на нее.

Преломляющий угол призмы — угол между гранями призмы, на которых происходит преломление света. Угол отклонения луча призмой

Линейное увеличение оптической системы — физическая величина, равная отношению размера изображения к размеру предмета:

Линза — прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями.

Главная оптическая ось — прямая, на которой лежат центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу.

Главная плоскость линзы — плоскость, проходящая через центр линзы перпендикулярно главной оптической оси.

Собирающие линзы — линзы, преобразующие параллельный пучок световых лучей в сходящийся. Собирающими линзами являются выпуклые линзы.

Рассеивающие линзы — линзы, преобразующие параллельный пучок световых лучей в расходящийся. Рассеивающими линзами являются вогнутые линзы.

Тонкая линза — линза, толщина которой пренебрежимо мала по сравнению с радиусами кривизны ее поверхностей.

Главный фокус собирающей линзы — точка на главной оптической оси, в которой собираются лучи, падающие параллельно главной оптической оси, после преломления их в линзе.

Фокусное расстояние линзы — расстояние от главного фокуса до центра линзы. Фокусное расстояние линзы в вакууме определяется радиусом кривизны сферических поверхностей, ограничивающих линзу, и абсолютным показателем преломления материала линзы: Для выпуклой поверхности радиус кривизны больше нуля, для вогнутой меньше нуля, для плоской стремится к бесконечности.

Фокальная плоскость линзы — плоскость, проходящая через главный фокус линзы перпендикулярно главной оптической оси.

Характерные лучи для собирающей линзы: 1)луч, параллельный главной оптической оси;

2) луч, проходящий через главный фокус; 3) луч, идущий через оптический центр линзы. Пучок параллельных лучей, падающий на собирающую линзу, сходится после преломления в одной точке фокальной плоскости.

Действительное изображение точки А— точка А', в которой сходится после преломления в линзе пучок лучей, испускаемых точкой А.

Поперечное увеличение линзы — отношение координаты изображения к координате предмета, отсчитываемых перпендикулярно главной оптической оси (в поперечном направлении):

Формула тонкой линзы

где d— расстояние вдоль главной оптической оси от предмета до центра линзы, /— расстояние вдоль главной оптической оси от изображения до центра.

Оптическая сила — величина, обратная фокусному расстоянию:

Единица оптической силы — диоптрия (дптр). Для собирающей линзы D > 0; для рассеивающей D < 0. При d > 2F изображение предмета в собирающей линзе действительное, перевернутое, уменьшенное, при F < < d < 2F — действительное, перевернутое, увеличенное: при d < F — мнимое, прямое, увеличенное.

Главный фокус рассеивающей линзы — точка на главной оптической оси, через которую проходят продолжения расходящегося пучка лучей, возникшего после преломления в линзе лучей, параллельных главной оптической оси.

Характерные лучи для рассеивающей линзы:

• луч, параллельный главной оптической оси;
• луч, падающий в направлении мнимого главного фокуса, находящегося за линзой;
• луч, идущий через оптический центр линзы.

Пучок параллельных лучей, падающий на тонкую рассеивающую линзу, преломляется так, что продолжения преломленных лучей пересекаются в одной точке фокальной плоскости линзы. Формулу тонкой линзы можно использовать и для рассеивающей линзы при условии, что F < 0, f < 0. Изображение предмета в рассеивающей линзе всегда мнимое, прямое, уменьшенное и располагается между линзой и главным фокусом по ту же сторону от линзы, что и предмет. Оптическая сила системы близкорасположенных линз равна сумме оптических сил линз этой системы:

Аккомодация — способность глаза к изменению его оптической силы. Дальняя и ближняя точки — наиболее и наименее удаленные от глаза точки расположения объекта, четко видимые глазом.

Расстояние наилучшего зрения — расстояние от объекта до глаза, при котором угол зрения оказывается максимальным, а глаз не утомляется при длительном наблюдении.

Основные дефекты зрения:

ослабление зрения с возрастом, дальнозоркость и близорукость, астигматизм.

Угловое увеличение — отношение угла зрения глаза, полученного с помощью оптического прибора к углу зрения невооруженного глаза на расстоянии наилучшего зрения.

Лупа — короткофокусная собирающая линза. Угловое увеличение лупы прямо пропорционально ее оптической силе:

где d_H = 25 см — расстояние наилучшего зрения.

Угловое увеличение микроскопа прямо пропорционально оптическим силам объектива и окуляра D₂:

где L — минимальное расстояние между главными фокусами объектива и окуляра.

Угловое увеличение телескопа-рефрактора:

где F₁ и F₂ — фокусные расстояния объектива и окуляра. Максимальное угловое увеличение телескопа-рефрактора получается при соединении длиннофокусного объектива с короткофокусным окуляром.