19. ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

Свет — самое быстрое, что есть во Вселенной. В этом уроке мы обращаемся со светом как с лучами, которые бегут по прямой, отражаются от зеркал и преломляются в линзах. Красиво, просто и очень полезно.

Световые лучи

Геометрическая оптика считает свет лучами — прямыми линиями, вдоль которых распространяется энергия. В однородной среде лучи — прямые. Окуни смотрят из воды, лучи перегибаются — повод, почему стрелять по рыбам надо с поправкой.

Законы отражения

В зеркале меняются местами лево и право. «Мнимое изображение» — то, что тебе кажется «там», хотя за зеркалом ничего нет. Мираж, отражение ламп в витрине и игра твоего отражения в зеркале ванной устроены именно так.

Законы преломления

Лучи переходят из одной среды в другую и ломаются. Отношение синусов углов — константа материала, показатель преломления n.

n₁·sin α₁ = n₂·sin α₂
Закон Снеллиуса (преломления)
n = c / v
Показатель преломления = скорость света в вакууме ÷ скорость в среде

Почему кажется, что палка в воде сломана

Лучи от подводной части выходят в воздух и ещё сильнее отклоняются — твоё зрение достраивает их как прямые, и дно кажется выше. Чисто геометрия.

Полное внутреннее отражение

Если свет идёт из плотной среды в менее плотную под большим углом, он упрётся во «внутреннюю стену» и вернётся обратно без выхода наружу. Когда это случается: угол больше критического.

sin αпр = n₂/n₁
Критический угол

На полном внутреннем отражении работают оптоволокно — свет бежит внутри стеклянной нити зигзагами тысячи километров. Бриллиант блестит именно из-за него: свет захлопывается внутри и возвращается.

Линзы

Линзы — это преломляющие «склянки»: собирательные (толще к центру) и рассеивающие (тоньше к центру). Оптическая ось, фокус F, фокусное расстояние f. Формула тонкой линзы:

1/f = 1/d + 1/fd
Формула тонкой линзы: d — расстояние до предмета, fd — до изображения
Γ = H/h = fd/d
Увеличение линзы

Применение линз

Собирающая линза в руке на солнце сжигает листок — фокус собирает солнечные лучи в точку.

Глаз как оптическая система

Глаз = линза (хрусталик) + экран (сетчатка). Близорукость — фокус впереди сетчатки, исправляется рассеивающими линзами. Дальнозоркость — фокус за сетчаткой, исправляется собирающими.

Оптическая сила

Оптическая сила линзы D = 1/f, измеряется в диоптриях. В рецепте на очки «−2 диоптрии» — это рассеивающая линза, «+ 2» — собирающая.

← Назад: Электромагнитные волны Дальше: Волновая оптика →