Г Е О М Е Т Р И Ч Е С К А Я О П Т И К А

Многие простые оптические явления, такие, например, как возникновение теней и образование изображений в оптических приборах, можно объяснить на основе законов геометрической (или лучевой) оптики. Геометрическая оптика использует представление о световых лучах – математических линиях, вдоль которых происходит распространение энергии световых колебаний. Пучки света рассматриваются как совокупности бесконечного числа независимых лучей, удовлетворяющих хорошо известным законам:

1. В прозрачной однородной среде свет распространяется прямолинейно.

2. Распространение любого светового пучка в среде не зависит от наличия других пучков света.

3. Луч, падающий на плоскую границу раздела двух однородных изотропных прозрачных сред (S₁, рис.1), отраженный луч (S₃) и нормаль (N), восстановленная к границе раздела в точке падения луча S₁, лежат в одной плоскости (плоскость падения). Угол падения (j₁) равен углу отражения (j₃).

Рис.1

Рис.2.

4. Луч, падающий на границу раздела двух однородных изотропных прозрачных сред (S₁, рис.1), преломленный луч (S₂) и нормаль N, восстановленная к границе раздела в точке падения луча S₁, лежат в одной плоскости. Углы падения j₁ и преломления (j₂) для монохроматического света связаны соотношением n₁sin j₁ = n₂sin j₂, где n₁ и n₂ – абсолютные показатели преломления сред (закон Снеллиуса).

При сравнении двух прозрачных веществ то из них, которое имеет больший показатель преломления, называется «оптически более плотным».

Если свет распространяется из среды оптически более плотной в оптически менее плотную (n ₁> n ₂), то в соответствие с законом Снеллиуса угол преломления будет больше угла падения (рис.2). При увеличении угла падения угол преломления растет. При достижении углом j₁ значения j_пр = arcsin (n ₂/ n ₁), угол j₂ становится равным 90⁰. Этот угол падения называется предельным. Если свет падает на границу раздела сред под углом большим предельного (т.е. j_пред < j₁ < p/2), свет во вторую среду не проникает. Это явление называется полным внутренним отражением света.