Ход лучей

Ход лучей

Ход лучей в зеркалах, призмах и линзах

Световые лучи от точечного источника распространяются по всем направлениям. В оптических системах, загибаясь назад и отражаясь от границ раздела между средами, часть лучей может опять пересечься в некоторой точке. Точку называют изображением точки. При отбивании луч от зеркал выполняется закон: "отраженный луч всегда лежит в той сами плоскости, что и падающий луч и нормаль к поверхности отбивания, которая проходит сквозь точку падении, а угол падения, отчисленный от этой нормали, равняется углу отбивания".

При отбивании луча и вообще в геометрической квантовой оптике часто используют также принцип оборотности лучей: если изменить направления всех лучей в системе, то точка становится изображением точки, следовательно, оптическое спряжение этих точек хранится.

Вгибают и выпуклые зеркала. Параллельные лучи при отбивании от таких зеркал теряют параллельность. Рассмотрим для примера ход лучей в вгибающем сферическом зеркале. Линия имеет название оптической оси зеркала, на ней лежит точка, центр кривизны сферического зеркала. Рассмотрим луч параллельный главной оптической осе. Проведем в точку падения радиус. Этот радиус является нормальным (перпендикулярным к касательной линии) к зеркалу, следовательно, он разделяет угол между падающим и отбитым лучом пополам, согласно к закону отбивания.

Точка, где луч пересекает главную оптическую ось имеет название фокуса зеркала. Если выполняется неравенство, где расстояние от лучу к оптической оси точка фокуса лежит приблизительно на половине расстояния к центру кривизны.

Из принципа оборотности выплывает, что луч, который проходит сквозь точку фокуса (луч), после отбивания идет параллельно главной оптической осе (луч). Главная формула сферического зеркала связывает расстояние от предмета к зеркалу, расстояние от изображения к зеркалу и фокусную расстояние.

Призмы в геометрической оптике. Призмами называют прозрачные тела, ограниченные тремя плоскостями, которые пересекаются так, чтобы линии пересекания были параллельными друг друга . Угол между теми гранями призмы, сквозь которые проходят лучи называют преломляющим углом. Чаще всего используют равнобедренные призмы. Рассмотрим ход лучей в такой призме с острым заламлюющим углом. Призма является оптически гуще, чем воздух.

Те лучи, которые падают на грань призмы под некоторым углом отклоняются на определенный угол от прямолинейного направления распространения в сторону основы призмы.

Линзы в геометрической оптике. Линзой (немецким языком "чечевица") называют прозрачное оптически гуще, чем воздух, среда ограничена двумя сферическими поверхностями. Радиусы кривизны отчисляют от центров кривизны, которые лежат на главной оптической осе линзы. Показан лишь один центр кривизны, радиус кривизны и фокус из пары симметричных относительно вертикальной оси линзы фокусов. Линза считается тонкой, если ее максимальная толщина намного меньше радиусов кривизны.

Лучи параллельны главной оптической осе линзы после преломления проходят сквозь точку фокуса и наоборот - лучи, которые проходят сквозь точку фокуса после преломления идут параллельно главной оптической осе линзы. Главное уравнение линзы очень похоже на уравнение сферического зеркала и связывает те же расстояния.