- •§31. Елементи геометричної оптики
- •§32. Теплове випромінювання тіл
- •§ 33. Фотоефект
- •§34. Фотони. Енергія, маса та імпульс фотона. Тиск світла. Ефект Комптона.
- •§ 35. Основи квантової фізики. Гіпотеза де Бройля. Хвильова функція. Рівняння Шрьодінгера
- •§36. Рух мікрочастинки в нескінченно глибокій одновимірній потенціальній ямі. Проходження частинки через потенціальний бар’єр
- •§ 37. Ядерна модель атома. Борівський водне подібний атом. Спектральні серії
- •§38. Водне подібні атоми в квантовій фізиці
- •§39. Магнітний момент атомів. Досліди Штерна і Герлаха. Спін. Ферміони і бозони. Принцип Паулі. Багатоелектронні атоми
- •§40. Будова і властивості атомного ядра. Ядерні сили
- •§8.3. Радіоактивність. Ядерні реакції
§31. Елементи геометричної оптики
В основі геометричної оптики лежать закони прямолінійного поширення, відбивання і заломлення світла.
Закон прямолінійного поширення світла: в оптично однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно.
Закон відбивання світла: падаючий промінь, відбитий промінь і перпендикуляр, поставлений в точці падіння до межі поділу двох середовищ, лежать в одній площині, кут відбивання дорівнює куту падіння .
З
Рис.
1
. (1)
Відносний показник
заломлення
– це відношення абсолютних показників
заломлення середовищ
і
,
де
(с
– швидкість світла у вакуумі,
і
– швидкості світла в першому і другому
середовищах). О
Рис.
2
(2)
Якщо промінь поширюється з оптично більш густого середовища в менш густе , то при деякому граничному куті падіння заломлений промінь буде ковзати вздовж межі поділу двох середовищ, тобто . При куті падіння світловий промінь повністю відбивається. В цьому полягає суть явища повного внутрішнього відбивання (рис.2). Очевидно, в цьому випадку
Рис.
3
На явищі повного внутрішнього відбивання базується робота приладів (рефрактометрів), які дозволяють визначати показник заломлення середовища.
Лінза називається тонкою, якщо її товщина d мала порівняно з радіусами кривизни її поверхонь і (рис. 3). Головною оптичною віссю лінзи називають пряму, що проходить через центри кривизни її поверхонь. Можна вважати, що в такій лінзі точки перетину головної оптичної осі з обома поверхнями лінзи співпадають. Цю точку називають центром лінзи. Промені, які проходять через центр лінзи, не зазнають заломлень. Величину
Рис.
4
(4)
називають оптичною силою тонкої лінзи і – абсолютні показники заломлення матеріалу лінзи і оточуючого середовища). Для збірної лінзи Ф>0, для розсівної Ф<0. Точки, що лежать на головній оптичній осі лінзи по обидві сторони від оптичного центру на відстанях f, , називають головними фокусами лінзи (рис. 4):
Для першого головного фокуса F
(5)
Аналогічно, друга головна фокусна відстань
(6)
Площини, які проходять через головні фокуси F і лінзи перпендикулярно до головної оптичної осі, називаються фокальними площинами лінзи.
Найчастіше буває, що речовина по обидва боки від лінзи одна й та ж (наприклад, повітря). Тоді головні фокусні відстані чисельно дорівнюють одна одній. Протилежні знаки означають, що головні фокуси лежать з різних боків від лінзи. Для збірної лінзи (оскільки Ф>0) , для розсівної лінзи (оскільки Ф<0)
Для лінз справедливе основне рівняння
, (7)
де всі відрізки відраховуються від центру лінзи, а радіуси кривизни завжди напрямлені від вершини поверхні до центру її кривизни. Вони вважаються додатними, якщо напрямлені в сторону поширення світла. Відрізки, перпендикулярні до оптичної осі, відраховуються від оптичної осі; вони додатні вище оптичної осі і від’ємні нижче оптичної осі.
При розв’язуванні задач основне рівняння тонкої лінзи (7) записують у вигляді
, (8)
де , , знак плюс відповідає збірній лінзі, знак мінус – розсівній.
Лінійне збільшення тонкої лінзи визначається як
(9)
Для дійсних зображень Г < 0, тобто вони обернені; для уявних зображень Г>0, тобто вони прямі.