Графически законы геометрической оптики. Понятие абсолютного и относительного показателя преломления, их физический смысл. Явление дисперсии света.

1) Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно. Под прямой понимается линия, по которой распространяется свет в однородной среде. Этот закон теряет силу, если мы переходим к очень малым отверстиям. В данном случае начинает проявляться волновая природа света и отклонение от прямолинейного распространения составляет (сущность дифракции).

2) Закон независимости световых пучков: распространение всякого светового пучка в среде не зависит от наличия других пучков; лучи обратимы. Световой поток можно разбить на отдельные световые пучки, выделяя их, например, при помощи диафрагм. Действие этих пучков оказывается независимым, т.е. суммарный эффект представляет собой сумму вкладов каждого светового пучка в отдельности. Ограниченность этого закона проявляется в явлениях интерференции света.

3) Законы отражения:

➢ отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром (нормалью), проведенным к границе раздела двух сред в точке падения луча;

➢ угол отражения β численно равен углу падения α.

4) Законы преломления:

➢ луч падающий АB, луч преломленный BC и перпендикуляр, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости;

➢ для данных двух сред отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ равно отношению скорости света в первой среде υ1 к скорости света во второй среде υ2 и называется относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой n21 (закон Снеллиуса):

В справочных таблицах указывается не относительный показатель преломления, а абсолютный показатель преломления. Он показывает, во сколько раз скорость света и длина волны в среде отличаются от скорости света в вакууме. Так абсолютный показатель преломления воздуха равен nвозд = 1,003. В физике большое значение имеет метод принципов, позволяющий на основе небольшого числа общих предположений (принципов) обосновать известные законы некоторого круга явлений и предсказать еще неоткрытые закономерности

5) В геометрической оптике таким принципом является принцип кратчайшего оптического пути (или минимального времени распространения), именуемый также принципом Ферма. Луч света всегда распространяется в пространстве между двумя точками 1 и 2 по тому пути, по которому время его прохождения меньше, чем по любому из всех других путей, соединяющих эти точки. Время прохождения светом расстояния dS, заполненного средой с показателем преломления n, пропорционально оптической длине пути L

Принцип Ферма можно рассматривать как общий закон распространения света. Другие законы распространения света являются его следствием (за исключением закона независимости световых пучков). Действительно, нетрудно видеть, что для однородной среды этот принцип приводит к закону прямолинейного распространения света согласно геометрической аксиоме о том, что прямая есть кратчайшее расстояние между двумя точками, тогда L = n∙s.

6) Обратимость световых лучей. Из принципа Ферма вытекает обратимость световых лучей. Действительно, оптический путь, который минимален в случае распространения света из точки 1 в точку 2, окажется минимальным и в случае распространения в обратном направлении.

Абсолютным показателем преломления называют физическую величину, рав-ную отношению скорости распространения света в вакууме (с) к фазовой скоро-сти света в среде (u). Обозначают данный показатель преломления буквой n. Математически данное определение показателя преломления запишем как:

Физический смысл абсолютного показателя преломления:

показывает, во сколько раз скорость света в вакууме больше, чем в среде.

Относительным показателем преломления (n21) второй среды относительно первой называют отношение фазовых скоростей света в первом веществе к фа-зовой скорости во втором веществе:

где n2— абсолютный показатель преломления второй среды, n1— абсолютный показатель преломления первого вещества. В том случае, если n21 > 1, то вто-рая среда считается оптически более плотной, чем первая.

Физический смысл относительного показателя преломления:

показывает, во сколько раз скорость света в первой среде отличается от скорости во второй

Дисперсия света - это явление разложения света в спектр, обусловленное зави-симостью абсолютного показателя преломления среды от частоты световой волны или это совокупность явлений, обусловленных зависимостью абсолют-ного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимостью фазовой скорости света в веществе от частоты (или длины волны). Экспериментально открыта Ньюто-ном около 1672 года.

Разным скоростям распространения волн соответствуют разные абсолютные показатели преломления среды

Луч красного цвета преломляется меньше из-за того, что он имеет в веществе наибольшую скорость, а луч фиолетового цвета — наименьшую.