Геометриялык оптика: жарык нурлары

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-02 17:51

Геометриялык оптика – физикалык оптиканын өзгөчө тармагы, ал жарыктын табиятын карабайт, бирок жарык нурларынын тунук чөйрөлөрдөгү кыймыл мыйзамдарын изилдейт. Келгиле, макалада бул мыйзамдарды кененирээк карап чыгалы, ошондой эле алардын практикада колдонулушунун мисалдарын келтирели.

Бир тектүү мейкиндикте нурлардын таралышы: маанилүү касиеттери

Жарык – бул электромагниттик толкун, ал кээ бир жаратылыш кубулуштары үчүн өзүн энергия кванттарынын агымы (фотоэффект жана жарык басымы кубулуштары) сыяктуу алып барышы мүмкүн экенин баары билет. Геометриялык оптика, кириш сөздө белгиленгендей, жарыктын таралуу мыйзамдары менен гана алектенет, алардын табиятын терең изилдебестен.

Эгер шоола бир тектүү тунук чөйрөдө же вакуумда кыймылдаса жана өз жолунда эч кандай тоскоолдуктарга туш болбосо, анда жарык шооласы түз сызыкта жылат. Бул өзгөчөлүк 17-кылымдын ортосунда француз Пьер Ферма тарабынан эң аз убакыт принцибинин (Ферма принциби) түзүлүшүнө алып келди.

Жарык нурларынын дагы бир маанилүү өзгөчөлүгү – алардын көз карандысыздыгы. Бул ар бир нур мейкиндикте "сезимсиз" тарайт дегенди билдирет.аны менен өз ара аракеттенбестен башка нур.

Акыры, жарыктын үчүнчү касиети – бул бир тунук материалдан экинчисине өткөндө анын таралуу ылдамдыгынын өзгөрүшү.

Жарык нурларынын белгиленген 3 касиети чагылуу жана сынуу мыйзамдарын чыгарууда колдонулат.

Рефлексия көрүнүшү

Бул физикалык кубулуш жарык нуру жарыктын толкун узундугунан алда канча чоңураак тунук эмес тоскоолдукка тийгенде пайда болот. Чагылуунун фактысы – ошол эле чөйрөдөгү нурдун траекториясынын кескин өзгөрүшү.

Жука жарык шооласы тунук эмес тегиздикке нур тийген чекит аркылуу бул тегиздикке тартылган нормалдуу N га θ₁ бурч менен түшөт деп эсептейли. Ошондо нур белгилүү бир бурчта θ_{2 бирдей нормалдуу Nга чагылат. Чагылышуу кубулушу эки негизги мыйзамга баш ийет:}

1. Инцидент жарык шооласын чагылдырган жана N нормалдуу бир тегиздикте жатат.
2. Жарык шооласынын чагылуу бурчу менен түшүү бурчу дайыма бирдей (θ₁=θ_2).

Геометриялык оптикада чагылуу кубулушунун колдонулушу

Жарык шооласынын чагылуу закондору ар кандай геометриялык күзгүдөгү нерселердин (чыныгы же элестүү) сүрөттөрүн курууда колдонулат. Эң кеңири таралган күзгү геометриялары:

• жалпак күзгү;
• коюу;
• томпок.

Алардын кайсы биринде сүрөт түзүү абдан оңой. Жалпак күзгүдө ал ар дайым элестүү болуп чыгат, объектинин өлчөмү менен бирдей, түз, анын ичиндесол жана оң жактары тескери.

Чоң жана томпок күзгүлөрдөгү сүрөттөр бир нече нурлардын жардамы менен курулат (оптикалык огуна параллель, фокус аркылуу жана борбор аркылуу). Алардын түрү объекттин күзгүдөн алыстыгына жараша болот. Төмөнкү сүрөттө томпок жана оюк күзгүлөрдөгү сүрөттөрдү кантип куруу керектиги көрсөтүлгөн.

Сынуу кубулушу

Ал эки түрдүү тунук чөйрөнүн (мисалы, суу жана аба) чек арасын 90ге барабар эмес бетке бурч менен кесип өткөндө нурдун үзүлүшүнөн (сынуусу) турат. o.

Бул кубулуштун заманбап математикалык сүрөттөлүшү 17-кылымдын башында голландиялык Снелл жана француз Декарт тарабынан жасалган. Тегиздикке нормалдуу N га салыштырмалуу түшкөн жана сынган нурлар үчүн θ₁ жана θ_{3 бурчтарын белгилеп, биз үчүн математикалык туюнтманы жазабыз. сынуу кубулушу:}

₁sin(θ₁)=n₂sin(θ _3).

n₂жана n_{1 чоңдуктары 2 жана 1 медианын сынуу көрсөткүчтөрү. Алар жарыктын ылдамдыгын канчалык деңгээлде көрсөтөт чөйрөдө абасыз мейкиндиктен айырмаланат. Мисалы, суу үчүн n=1,33, аба үчүн - 1,00029. Сиз n мааниси жарыктын жыштыгынын функциясы экенин билишиңиз керек (n төмөнкү жыштыктарга караганда жогорку жыштыктар үчүн чоңураак).}

Сынуу кубулушунун геометриялык оптикада колдонулушу

Сүрөттөлгөн көрүнүш сүрөттөрдү куруу үчүн колдонулатичке линзалар. Объектив – тунук материалдан (айнек, пластмасса ж. б.) жасалган, жок дегенде бирөө нөл эмес ийриликке ээ болгон эки бет менен чектелген объект. Линзанын эки түрү бар:

• чогулуш;
• чачырап.

Жыйналуучу линзалар томпок сфералык (сфералык) беттен түзүлөт. Алардагы жарык нурларынын сынуусу алар бардык параллелдүү нурларды бир чекитте – фокуста чогулткандай болот. Чачыралуу беттери ойгон тунук беттерден түзүлөт, ошондуктан алар аркылуу параллель нурлар өткөндөн кийин жарык чачырап кетет.

Озунун техникасы боюнча линзалардагы сүрөттөрдү куруу сфералык күзгүдөгү сүрөттөрдү курууга окшош. Ошондой эле бир нече нурларды (оптикалык огуна параллель, фокус аркылуу жана линзанын оптикалык борбору аркылуу) колдонуу керек. Алынган сүрөттөрдүн мүнөзү линзанын түрү жана объекттин ага чейинки аралыктары менен аныкталат. Төмөнкү сүрөттө ар кандай учурлар үчүн жука линзалардагы объекттин сүрөттөрүн алуу техникасы көрсөтүлгөн.

Геометриялык оптика мыйзамдарына ылайык иштеген түзмөктөр

Алардын эң жөнөкөйү – чоңойтуучу айнек. Бул чыныгы объектилерди 5 эсеге чейин чоңойто турган бир томпок линза.

Объекттерди чоңойтуу үчүн дагы колдонулган татаал түзүлүш бул микроскоп. Ал буга чейин линза системасынан турат (кеминде 2 конвергенттик линзалар) жана көбөйтүүгө мүмкүндүк беретбир нече жүз жолу.

Акыры, үчүнчү маанилүү оптикалык аспап – бул асман телолоруна байкоо жүргүзүү үчүн колдонулган телескоп. Ал линза тутумунан да турушу мүмкүн, андан кийин ал сынуу телескобу жана күзгү системасы - чагылгыч телескоп деп аталат. Бул аталыштар анын иштөө принцибин чагылдырат (сынуу же чагылдыруу).