Теория:
В геометрической оптике предполагается, что в однородной среде свет распространяется по прямой. Это утверждение часто называют законом прямолинейного распространения света.
Направление, вдоль которого переносится световая энергия, называется лучом света. Световым пучком является оптическое излучение, которое распространяется от ограниченной области пространства (фокуса светового пучка). Он называется расходящимся, если излучение распространяется от фокуса, и сходящимся — если к фокусу.
При отражении светового луча от границы сред выполняется закон отражения.
Направление, вдоль которого переносится световая энергия, называется лучом света. Световым пучком является оптическое излучение, которое распространяется от ограниченной области пространства (фокуса светового пучка). Он называется расходящимся, если излучение распространяется от фокуса, и сходящимся — если к фокусу.
При отражении светового луча от границы сред выполняется закон отражения.
Угол падения равен углу отражения, причём луч падающий, луч отражённый и перпендикуляр к отражающей поверхности лежат в одной плоскости.
При прохождении луча света через границу двух сред его направление распространения меняется. Скорость распространения света в разных средах различается, поэтому удобно ввести коэффициент, который показывает отношение скорости света в вакууме \(c\) к скорости света в среде \(v\). Этот коэффициент называют абсолютным показателем преломления среды \(n\):
\(\boxed{n=\frac{c}{v}}\). (\(1\))
Ещё удобно ввести коэффициент, показывающий отношение скоростей света в разных средах, — относительный показатель преломления сред:
\(\boxed{n_{21}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{v_1}{v_2}}\). (\(2\))
При преломлении света на границе сред выполняется закон преломления (рис. \(1\)).
\(\boxed{n=\frac{c}{v}}\). (\(1\))
Ещё удобно ввести коэффициент, показывающий отношение скоростей света в разных средах, — относительный показатель преломления сред:
\(\boxed{n_{21}=\frac{n_2}{n_1}=\frac{v_1}{v_2}}\). (\(2\))
При преломлении света на границе сред выполняется закон преломления (рис. \(1\)).
Отношение синусов угла падения и отражения равно относительному показателю преломления сред, причём луч падающий, луч преломлённый и перпендикуляр к отражающей поверхности лежат в одной плоскости.
Рис. \(1\). Преломление света
Математическое выражение закона преломления имеет вид:
\(\boxed{\frac{\sin(\alpha)}{\sin(\beta)}=n_{21}}\). (\(3\))
Из закона преломления следует существование эффекта полного внутреннего отражения. Это явление используется при создании световых волноводов. Например, тонкое стеклянное волокно, с одной стороны, может проводить луч света за счёт многократного полного внутреннего отражения, а с другой стороны, может быть изогнуто любым образом (рис. \(2\)).
\(\boxed{\frac{\sin(\alpha)}{\sin(\beta)}=n_{21}}\). (\(3\))
Из закона преломления следует существование эффекта полного внутреннего отражения. Это явление используется при создании световых волноводов. Например, тонкое стеклянное волокно, с одной стороны, может проводить луч света за счёт многократного полного внутреннего отражения, а с другой стороны, может быть изогнуто любым образом (рис. \(2\)).
Рис. \(2\). Световой волновод
Пучки таких волокон могут служить для передачи изображений или другой передачи информации.
Законы прямолинейного распространения света, его отражения и преломления могут быть объяснены с помощью принципа Ферма.
Законы прямолинейного распространения света, его отражения и преломления могут быть объяснены с помощью принципа Ферма.
Свет распространяется из начальной точки в конечную точку по такой траектории, при которой оптический путь из начальной в конечную точку минимален.
Под оптической длиной пути между двумя точками понимается расстояние, на которое излучение распространялось бы в вакууме за время его прохождения между этими точками.
Источники:
Рис. 1. Преломление света. © ЯКласс.
Рис. 2. Световой волновод. © ЯКласс.