En los párrafos anteriores estudiamos el fenómeno de la reflexión de la luz. Conozcamos ahora el segundo fenómeno, en el que los rayos cambian la dirección de su propagación. Este fenómeno es Refracción de la luz en la interfaz entre dos medios. Mire los dibujos con rayas y un acuario en el § 14-b. El rayo que salía del láser era recto, pero cuando alcanzó la pared de vidrio del acuario, el rayo cambió de dirección. refractado.

Por refracción de la luz Llamado cambio en la dirección de un rayo en la interfaz entre dos medios, en el cual la luz pasa al segundo medio.(compárese con la reflexión). Por ejemplo, en la figura mostramos ejemplos de refracción. Haz de luz en los límites del aire y el agua, el aire y el vidrio, el agua y el vidrio.

De una comparación de los dibujos de la izquierda se deduce que un par de medios aire-vidrio refracta la luz con más fuerza que un par de medios aire-agua. Al comparar los dibujos de la derecha, se puede ver que al pasar del aire al vidrio, la luz se refracta con más fuerza que al pasar del agua al vidrio. Eso es, Los pares de medios, transparentes a la radiación óptica, tienen diferentes poderes de refracción, caracterizados por indicador relativo refracción. Se calcula utilizando la fórmula que figura en la página siguiente, por lo que se puede medir experimentalmente. Si se selecciona el vacío como primer medio se obtienen los siguientes valores:

Estos valores se miden a 20 °C para luz amarilla. A diferente temperatura o diferente color de luz, los indicadores serán diferentes (ver § 14-h). Echando un vistazo cualitativo a la tabla, observamos: cómo más indicador La refracción difiere de la unidad, cuanto mayor es el ángulo en el que se desvía el haz al pasar del vacío al medio. Dado que el índice de refracción del aire es casi igual a la unidad, la influencia del aire en la propagación de la luz es prácticamente imperceptible.

1. A en este momento familiarizándose con la óptica...
2. ¿Qué tienen en común los fenómenos de reflexión y refracción de la luz?
3. ¿Cuál es el nombre completo del fenómeno que estamos estudiando?
4. Los dibujos esquemáticos con rayas y un acuario en el § 14-b nos permiten hacer la observación:
5. Se puede hablar de refracción sólo si...
6. El lado izquierdo de la figura ilustra el fenómeno...
7. En la imagen del medio, el rayo refractado se desvía más que en la de la izquierda. ¿Qué conclusión sacamos?
8. En la imagen de la derecha, el rayo refractado se desvía menos que en la del medio. ¿Cuál es la razón para esto?
9. Al realizar experimentos o comparar dibujos, llegamos a una generalización: ...
10. Para caracterizar el poder refractivo de un par de medios, utilizan...
11. El índice de refracción sólo se puede medir indirectamente porque...
12. ¿A qué conclusión llegamos al comparar valores de la tabla¿índice de refracción?
13. Afirmamos que el aire casi no tiene efecto sobre la refracción de la luz, ...

1.8. PRINCIPIO DE REVERSIBILIDAD DE LOS RAYOS DE LUZ (LEY DE RECIPROCIDAD)

Este principio es uno de disposiciones importantes óptica geométrica. Cuando se refractan en el límite de dos medios, los rayos permanecen mutuos, es decir. cuando se invierte la dirección de los rayos de luz acuerdo mutuo no cambia. Una situación similar ocurre cuando se refleja la luz. El principio de reversibilidad del camino de los rayos luminosos se cumple para cualquier número de reflexiones o refracciones, ya que se observa para cada una de ellas.

Leyes de la óptica geométrica. tener gran importancia. En primer lugar, establecen que los rayos, al atravesar un sistema óptico, siempre se encuentran en el plano de incidencia (formado por el rayo incidente y la normal). En segundo lugar, establecen dependencias numéricas coordenadas de los rayos al pasar de una superficie a otra, es decir le permite calcular la trayectoria del haz a través de un sistema óptico complejo. En tercer lugar, indican la posibilidad de analizar sistemas ópticos en el camino inverso de los rayos.

La óptica geométrica es la base teórica de los instrumentos ópticos. La base tecnológica para el montaje y alineación de instrumentos ópticos se basa principalmente en las posiciones de la óptica geométrica. Las leyes de la óptica geométrica se utilizan para medir sistemas y piezas ópticas permanentes, para estudiar las propiedades ópticas de los dispositivos y estudiar sus errores.

La naturaleza ha dotado al hombre de un excelente instrumento óptico: el ojo, pero sus capacidades son limitadas. Los instrumentos ópticos creados por el hombre han ampliado significativamente las posibilidades de visión. Por ejemplo, a simple vista se pueden distinguir objetos con un tamaño de aproximadamente 0,1 mm; el uso de una lupa aumentó esta capacidad a 0,01 mm, y con la ayuda de un microscopio fue posible distinguir objetos de hasta 0,15 micrones, etc.

Los instrumentos ópticos se han generalizado y desarrollado tanto que es necesario destacar grupos separados Dispositivos unidos por propiedades ópticas comunes y especializados en la resolución de problemas homogéneos.

Hay cinco tipos principales de instrumentos ópticos:

• sistemas telescópicos ( catalejos);
• microscopios;
• sistemas ópticos fotográficos;
• dispositivos de proyección;
• dispositivos de iluminación.

La clasificación de los instrumentos ópticos puede basarse inicialmente en dos clases: imágenes y no imágenes. Los primeros se pueden dividir según el valor de aumento, los segundos según la energía y el principio de formación del área iluminada. Tenga en cuenta que en la actualidad Instrumentos ópticos Se pueden combinar características de dos o más tipos de dispositivos al mismo tiempo. Por ejemplo, un microscopio metalográfico puede servir como microscopio normal, así como como instrumento fotográfico, etc. Además, existen sistemas de espejo, lente y espejo-lente. Los sistemas de lentes de espejo contienen elementos ópticos de espejo y lente. Se implementan en focos, faros, telescopios, microscopios y teleobjetivos. Las lentes contienen únicamente lentes esféricas o asféricas. Ejemplos de su uso son los condensadores - sistemas de iluminación. Telescopios ópticos(reflectores), que utilizan como elemento captador de luz. espejos cóncavos Tanto las formas esféricas como las asféricas se clasifican como dispositivos de espejo. Como elementos de sistemas ópticos se pueden utilizar sistemas ráster, piezas ópticas con una superficie escalonada de perfil complejo (por ejemplo, lentes de Fresnel), guías de luz y fibra óptica.

Considerando en el párrafo anterior los fenómenos que ocurren cuando la luz incide sobre la interfaz entre dos medios, supusimos que la luz se propaga en una determinada dirección, indicada en la Fig. 180, 181 flechas. Planteemos ahora la pregunta: ¿qué pasará si la luz se propaga en dirección opuesta? Para el caso de reflexión de la luz, esto significa que el haz incidente no se dirigirá hacia abajo desde la izquierda, como en la Fig. 182, a, y de derecha hacia abajo, como en la Fig. 182, b; para el caso de la refracción, consideraremos el paso de la luz no del primer medio al segundo, como en la Fig. 182, c, y desde el segundo entorno al primero, como en la Fig. 182, gramo,

Mediciones precisas muestran que tanto en el caso de reflexión como en el de refracción, los ángulos entre los rayos y la perpendicular a la interfaz permanecen sin cambios, solo cambia la dirección de las flechas. Por lo tanto, si el rayo de luz incide en la dirección (Fig. 182, b), entonces el rayo reflejado irá en la dirección, es decir, resulta que, en comparación con el primer caso, los rayos incidente y reflejado han intercambiado lugares. Lo mismo se observa durante la refracción de un haz de luz. Sea - un rayo incidente, - un rayo refractado (Fig. 182, c). Si la luz incide en la dirección (Fig. 182, d), entonces el rayo refractado va en la dirección, es decir, los rayos incidente y refractado intercambian lugares.

Arroz. 182. Reversibilidad de los rayos de luz durante la reflexión (a, b) y la refracción (c, d). Si entonces

Así, tanto durante la reflexión como durante la refracción, la luz puede recorrer el mismo camino en ambas direcciones opuestas entre sí (Fig. 183). Esta propiedad de la luz se llama reversibilidad de los rayos luminosos.

La reversibilidad de los rayos de luz significa que si el índice de refracción al pasar del primer medio al segundo es igual a , al pasar del segundo medio al primero es igual. De hecho, dejemos que la luz incida en un ángulo y se refracte en un ángulo, de modo que. Si en el curso inverso de los rayos la luz incide en ángulo, entonces debe refractarse en ángulo (reversibilidad). Por tanto, en este caso el índice de refracción es . Por ejemplo, cuando un rayo pasa del aire al vidrio, y cuando pasa del vidrio al aire . La propiedad de reversibilidad de los rayos de luz también se conserva durante múltiples reflexiones y refracciones, que pueden ocurrir en cualquier secuencia. Esto se debe al hecho de que con cada reflexión o refracción se puede invertir la dirección del rayo de luz.

Arroz. 183. A la reversibilidad de los rayos de luz durante la refracción.

Así, si, cuando la luz de la luna emerge de cualquier sistema de medios refractivos y reflectantes, el haz de luz se ve obligado a última etapa reflejado exactamente hacia atrás, viajará a través de todo el sistema en la dirección opuesta y regresará a su fuente.

La reversibilidad de la dirección de los rayos de luz se puede demostrar teóricamente utilizando las leyes de refracción y reflexión y sin recurrir a nuevos experimentos. Para el caso de la reflexión de la luz, la demostración es bastante sencilla (consulte el ejercicio 22 al final de este capítulo). En los libros de texto de óptica se puede encontrar una demostración más compleja para el caso de la refracción de la luz.

La óptica geométrica es un caso de óptica extremadamente simple. Básicamente, esta es una versión simplificada. óptica ondulatoria, que no considera y simplemente no asume fenómenos como la interferencia y la difracción. Aquí todo está simplificado al extremo. Y esto es bueno.

Conceptos básicos

Óptica geométrica– una rama de la óptica que examina las leyes de la propagación de la luz en medios transparentes, las leyes de la reflexión de la luz desde superficies de espejo, principios de obtención de imágenes cuando la luz pasa a través de sistemas ópticos.

¡Importante! Todos estos procesos se consideran sin tener en cuenta propiedades de las olas¡Sveta!

En la vida, la óptica geométrica, al ser un modelo extremadamente simplificado, encuentra una amplia aplicación. Como es eso mecanica clasica y la teoría de la relatividad. A menudo es mucho más fácil realizar los cálculos necesarios en el marco de la mecánica clásica.

El concepto básico de la óptica geométrica es Haz de luz.

Tenga en cuenta que un haz de luz real no se propaga a lo largo de una línea, sino que tiene una distribución angular finita, que depende del tamaño transversal del haz. La óptica geométrica ignora las dimensiones transversales del haz.

Ley de propagación rectilínea de la luz.

Esta ley nos dice que en ambiente homogéneo la luz viaja en línea recta. En otras palabras, del punto A al punto B, la luz se mueve a lo largo de un camino que requiere un tiempo mínimo para recorrerlo.

Ley de independencia de los rayos de luz.

La propagación de los rayos de luz se produce de forma independiente unos de otros. ¿Qué significa? Esto significa que la óptica geométrica supone que los rayos no se influyen entre sí. Y se propagan como si no hubiera otros rayos.

Ley de la reflexión de la luz

Cuando la luz encuentra una superficie especular (reflectante), se produce una reflexión, es decir, un cambio en la dirección de propagación del haz de luz. Entonces, la ley de la reflexión establece que el rayo incidente y reflejado se encuentran en el mismo plano junto con la normal trazada al punto de incidencia. Además, el ángulo de incidencia igual al ángulo reflexiones, es decir la normal divide el ángulo entre los rayos en dos partes iguales.

Ley de refracción (de Snell)

En la interfaz entre los medios, además de la reflexión, también se produce la refracción, es decir, el haz se divide en reflejado y refractado.

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La relación de los senos de los ángulos de incidencia y refracción es valor constante y es igual a la relación de los índices de refracción de estos medios. Esta cantidad también se llama índice de refracción del segundo medio con respecto al primero.

Aquí vale la pena considerar por separado el caso de completa reflexión interna. Cuando la luz se propaga desde un medio ópticamente más denso a un medio menos denso, el ángulo de refracción en magnitud más ángulo caídas. En consecuencia, a medida que aumenta el ángulo de incidencia, también aumentará el ángulo de refracción. En algún ángulo límite el ángulo de refracción es de 90 grados. Con un aumento adicional en el ángulo de incidencia, la luz no se refractará hacia el segundo medio y la intensidad de los rayos incidentes y reflejados será igual. Esto se llama reflexión interna total.

Ley de reversibilidad de los rayos de luz.

Imaginemos que un rayo, que se propaga en una determinada dirección, ha sufrido una serie de cambios y refracciones. La ley de reversibilidad de los rayos luminosos establece que si se envía otro rayo hacia este rayo, seguirá el mismo camino que el primero, pero en dirección opuesta.

Continuaremos estudiando los conceptos básicos de la óptica geométrica y, en el futuro, definitivamente veremos ejemplos de resolución de problemas utilizando varias leyes. Bueno, si tienes alguna pregunta ahora, bienvenido a los expertos para obtener las respuestas correctas. servicio estudiantil. ¡Ayudaremos a resolver cualquier problema!

Considerando en el párrafo anterior los fenómenos que ocurren cuando la luz incide sobre la interfaz entre dos medios, supusimos que la luz se propaga en una determinada dirección, indicada en la Fig. 180, 181 flechas. Planteemos ahora la pregunta: ¿qué pasará si la luz se propaga en dirección opuesta? Para el caso de reflexión de la luz, esto significa que el haz incidente no se dirigirá hacia abajo desde la izquierda, como en la Fig. 182, a, y de derecha hacia abajo, como en la Fig. 182, b; para el caso de la refracción, consideraremos el paso de la luz no del primer medio al segundo, como en la Fig. 182, c, y desde el segundo entorno al primero, como en la Fig. 182, gramo,

Mediciones precisas muestran que tanto en el caso de reflexión como en el de refracción, los ángulos entre los rayos y la perpendicular a la interfaz permanecen sin cambios, solo cambia la dirección de las flechas. Por lo tanto, si el rayo de luz incide en la dirección (Fig. 182, b), entonces el rayo reflejado irá en la dirección, es decir, resulta que, en comparación con el primer caso, los rayos incidente y reflejado han intercambiado lugares. Lo mismo se observa durante la refracción de un haz de luz. Sea - un rayo incidente, - un rayo refractado (Fig. 182, c). Si la luz incide en la dirección (Fig. 182, d), entonces el rayo refractado va en la dirección, es decir, los rayos incidente y refractado intercambian lugares.

Arroz. 182. Reversibilidad de los rayos de luz durante la reflexión (a, b) y la refracción (c, d). Si entonces

Así, tanto durante la reflexión como durante la refracción, la luz puede recorrer el mismo camino en ambas direcciones opuestas entre sí (Fig. 183). Esta propiedad de la luz se llama reversibilidad de los rayos luminosos.

La reversibilidad de los rayos de luz significa que si el índice de refracción al pasar del primer medio al segundo es igual a , al pasar del segundo medio al primero es igual. De hecho, dejemos que la luz incida en un ángulo y se refracte en un ángulo, de modo que. Si en el curso inverso de los rayos la luz incide en ángulo, entonces debe refractarse en ángulo (reversibilidad). Por tanto, en este caso el índice de refracción es . Por ejemplo, cuando un rayo pasa del aire al vidrio, y cuando pasa del vidrio al aire . La propiedad de reversibilidad de los rayos de luz también se conserva durante múltiples reflexiones y refracciones, que pueden ocurrir en cualquier secuencia. Esto se debe al hecho de que con cada reflexión o refracción se puede invertir la dirección del rayo de luz.

Arroz. 183. A la reversibilidad de los rayos de luz durante la refracción.

Por lo tanto, si, cuando un rayo de luz emerge de cualquier sistema de medios refractivos y reflectantes, el rayo de luz se ve obligado a reflejarse exactamente hacia atrás en la última etapa, atravesará todo el sistema en la dirección opuesta y regresará a su fuente.

La reversibilidad de la dirección de los rayos de luz se puede demostrar teóricamente utilizando las leyes de refracción y reflexión y sin recurrir a nuevos experimentos. Para el caso de la reflexión de la luz, la demostración es bastante sencilla (consulte el ejercicio 22 al final de este capítulo). En los libros de texto de óptica se puede encontrar una demostración más compleja para el caso de la refracción de la luz.