Геометрическая оптика

Основные законы геометрической оптики были известны за­долго до установления природы света. Распространение света рассматривается на основе представления о световых лучах, под которыми понимаются нормальные к волновым поверхностям ли­нии, вдоль которых переносится поток энергии. Законы геоме­трической оптики выполняются, если размеры объектов, с ко­торыми взаимодействует свет, намного больше длины световых волн.

Закон прямолинейного распространения света.Свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.

Если свет падает на плоскую границу, раздела двух одно­родных сред, то падающий луч 1 разделяется на отраженный луч 2 и преломленный луч 3 (рис. 1). Углы, которые лучи 1, 2, 3 обра­зуют с нормалью к границе раздела, называются соответственно углами падения а, отражения β и преломления ζ.

Абсолютный показатель преломления среды п показывает, во сколько раз скорость света в данной среде меньше скорости

света в вакууме, и характеризует оптическую плотность среды

Относительный показатель преломления второй среды относи­тельно первой равен

Закон отражения света.Падающий и отраженный лучи ле­жат в одной плоскости с перпендикуляром, проведенным к гра­нице раздела сред в точке падения; угол падения равен углу отра­жения:

Закон преломления света.Падающий и преломленный луни лежат в одной плоскости с перпендикуляром к границе раздела сред, проведенным в точке падения; отношение синуса угла па­дения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред:

Если свет проходит из среды с большим показателем преломле­ния n₁ (оптически более плотной) в среду с меньшим показате­лем преломления n₂ (оптически менее плотную) (n₁ > n₂), то, со­гласно формуле (4), угол падения а меньше угла преломления τ. Поэтому при некотором угле падения а = А угол преломления

окажется равным 90°, т.е. преломленный луч будет скользить вдоль границы раздела сред (рис. 2).

Угол А называют предельным углом падения. При а > А свет полностью отражается в первую среду. Это явление называется полным внутренним отражением света. Согласно формуле (4) τ = 90˚

Явление полного внутреннего отражения используется в приз­мах, рефрактометрах, световодах.