Geometrik optika: yorug'lik nurlari

2024 Muallif: Angel Austin | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-02 17:58

Geometrik optika fizik optikaning maxsus boʻlimi boʻlib, yorugʻlik tabiati bilan bogʻliq emas, yorugʻlik nurlarining shaffof muhitda harakatlanish qonuniyatlarini oʻrganadi. Keling, maqolada ushbu qonunlarni batafsil ko'rib chiqamiz va ulardan amaliyotda foydalanishga misollar keltiramiz.

Bir hil fazoda nurlarning tarqalishi: muhim xususiyatlar

Yorug'lik elektromagnit to'lqin ekanligini hamma biladi, u ba'zi tabiiy hodisalar uchun energiya kvantlari oqimi (fotoelektrik effekt va yorug'lik bosimi) kabi harakat qilishi mumkin. Kirish qismida ta'kidlanganidek, geometrik optika faqat yorug'likning tarqalish qonunlari bilan shug'ullanadi, ularning tabiatiga chuqurroq kirmaydi.

Agar nur bir hil shaffof muhitda yoki vakuumda harakatlansa va o'z yo'lida hech qanday to'siqlarga duch kelmasa, yorug'lik nuri to'g'ri chiziq bo'ylab harakatlanadi. Bu xususiyat 17-asr oʻrtalarida frantsuz Per Ferma tomonidan eng kam vaqt tamoyilini (Fermat printsipi) shakllantirishga olib keldi.

Yorug’lik nurlarining yana bir muhim xususiyati ularning mustaqilligidir. Bu shuni anglatadiki, har bir nur kosmosda "hissiz" tarqaladi.u bilan o'zaro aloqada bo'lmagan boshqa nur.

Nihoyat, yorug'likning uchinchi xususiyati - bir shaffof materialdan ikkinchisiga o'tganda uning tarqalish tezligining o'zgarishi.

Yorugʻlik nurlarining belgilangan 3 ta xususiyati aks etish va sinish qonunlarini chiqarishda qoʻllaniladi.

Reflektsiya hodisasi

Bu fizik hodisa yorugʻlik nuri yorugʻlik toʻlqin uzunligidan ancha katta boʻlgan noaniq toʻsiqga urilganda sodir boʻladi. Ko'zgu fakti - xuddi shu muhitda nurning traektoriyasining keskin o'zgarishi.

Faraz qilaylik, yupqa yorug’lik dastasi shaffof bo’lmagan tekislikka shu tekislikka to’g’ri keladigan nuqta orqali o’tkazilgan normal N ga th₁ burchak ostida tushdi. Keyin nur bir xil normal N ga ma'lum burchak ostida th_{2 aks ettiriladi. Ko'zgu hodisasi ikkita asosiy qonunga bo'ysunadi:}

1. Toʻqnashuv yorugʻlik nurini aks ettirdi va N normal bir tekislikda yotadi.
2. Yorugʻlik nurining aks etish burchagi va tushish burchagi har doim teng (th₁=th_2).

Koʻzgu hodisasining geometrik optikada qoʻllanilishi

Yorug’lik nurlarining aks etish qonunlari turli geometriyali oynalarda jismlarning (haqiqiy yoki xayoliy) tasvirlarini qurishda qo’llaniladi. Eng keng tarqalgan oyna geometriyalari:

• tekis oyna;
• konkav;
• qavariq.

Ularning birortasida tasvir yaratish juda oson. Yassi oynada u har doim xayoliy bo'lib chiqadi, ob'ektning o'zi bilan bir xil o'lchamga ega, to'g'ridan-to'g'ri, undachap va o'ng tomonlar teskari.

Botiq va qavariq oynalardagi tasvirlar bir nechta nurlar (optik oʻqga parallel, fokus va markazdan oʻtib) yordamida quriladi. Ularning turi ob'ektning oynadan masofasiga bog'liq. Quyidagi rasmda qavariq va botiq oynalarda tasvirlarni qanday yaratish ko'rsatilgan.

Sinish hodisasi

U ikki xil shaffof muhit (masalan, suv va havo) chegarasini sirtga 90 ga teng boʻlmagan burchak ostida kesib oʻtganda nurning sinishi (sinishi)dan iborat. o.

Bu hodisaning zamonaviy matematik tavsifi 17-asr boshlarida gollandiyalik Snell va frantsuz Dekart tomonidan qilingan. Tekislikdagi normal N ga nisbatan hodisa va singan nurlar uchun th₁ va th_{3 burchaklarni belgilab, buning uchun matematik ifoda yozamiz. sinish hodisasi:}

₁sin(th₁)=n₂sin(th) _3).

n₂va n_{1 miqdorlar 2 va 1 muhitning sindirish ko’rsatkichlaridir. Ular yorug’lik tezligi qanchalik katta ekanligini ko’rsatadi. muhitda havosiz fazodagidan farq qiladi. Masalan, suv uchun n=1,33, havo uchun - 1,00029. Siz n qiymati yorug'lik chastotasining funktsiyasi ekanligini bilishingiz kerak (n yuqori chastotalar uchun pastroqlarga qaraganda kattaroqdir).}

Sinish hodisasining geometrik optikada qoʻllanilishi

Ta'riflangan hodisa tasvirlarni yaratish uchun ishlatiladinozik linzalar. Ob'ektiv - shaffof materialdan (shisha, plastmassa va boshqalar) yasalgan ob'ekt bo'lib, u ikkita sirt bilan chegaralangan, ulardan kamida bittasi nolga teng bo'lmagan egrilikka ega. Ikki turdagi linzalar mavjud:

• toʻplash;
• tarqalish.

Birlashtiruvchi linzalar qavariq sharsimon (sferik) sirtdan hosil boʻladi. Ulardagi yorug'lik nurlarining sinishi shunday sodir bo'ladiki, ular barcha parallel nurlarni bir nuqtada - fokusda to'playdi. Tarqaladigan sirtlar konkav shaffof yuzalardan hosil bo'ladi, shuning uchun ular orqali parallel nurlar o'tgandan keyin yorug'lik tarqaladi.

O`z texnikasi bo`yicha linzalardagi tasvirlarni qurish sferik oynalardagi tasvirlarni qurishga o`xshaydi. Bundan tashqari, bir nechta nurlardan foydalanish kerak (optik o'qga parallel ravishda, diqqat markazidan o'tib, linzalarning optik markazidan o'tadi). Olingan tasvirlarning tabiati linzalarning turiga va ob'ektning unga bo'lgan masofasiga qarab belgilanadi. Quyidagi rasmda turli holatlar uchun nozik linzalarda ob'ekt tasvirlarini olish texnikasi ko'rsatilgan.

Geometrik optika qonunlariga muvofiq ishlaydigan qurilmalar

Ulardan eng oddiyi kattalashtiruvchi oynadir. Bu bitta qavariq linza boʻlib, real obyektlarni 5 martagacha kattalashtiradi.

Ob'ektlarni kattalashtirish uchun ham qo'llaniladigan murakkabroq qurilma mikroskopdir. U allaqachon linzalar tizimidan iborat (kamida 2 ta konverging linzalari) va o'sishni olish imkonini beradibir necha yuz marta.

Nihoyat, uchinchi muhim optik asbob samoviy jismlarni kuzatish uchun foydalaniladigan teleskopdir. U ikkala linza tizimidan iborat bo'lishi mumkin, keyin u refraktiv teleskop va oyna tizimi - aks ettiruvchi teleskop deb ataladi. Bu nomlar uning ishlash tamoyilini aks ettiradi (sinishi yoki aks ettirish).