Элементы геометрической оптики.

18). Оптика – это раздел физики, в котором рассматривают закономерности поглощения, излучения и распространения света.

Геометрическая оптика - раздел оптики, в котором изучают законы распространения света в средах на основе представления о световом луче.

Световой луч – линия указывающая направление и распространение световой энергии.

Шкала электромагнитных волн. Существуют разные диапазоны электромагнитных волн:

1 – низкочастотные колебания

2 – радиоволны

3 – инфракрасное излучение

4 – видимое излучение

5 – ультрафиолетовое излучение

6 – рентгеновское излучение

7 – гамма излучение.

Видимое излучение называют светом.

19). Основные законы геометрической оптики:

1. закон прямолинейного распространения света – свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.

2. закон независимости световых лучей – эффект производимый отдельным лучом не зависимо от того действуют ли одновременно другие лучи или они устранены (пересечение лучей не мешают каждому из них распространятся не зависимо друг от друга).

3. закон отражения света – луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения лежат в одной плоскости, угол отражения равен углу падения.

4. закон преломления света – луч падающий, луч, преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения лежат в одной точке, отношение sin угла падения к sin угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред и называется относительным показателем преломления.

20). Линза – это прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями и по показателю преломления отличающееся от окружающей среды.

Характеристики линз:

1. Главная оптическая ось - прямая, проходящая через центры сферических поверхностей, ограничивающих линзу (О1, О2).

2. Оптический центр линзы – точка, через которую лучи проходят, не преломляясь (О).

3. Побочная ось линзы – прямая проходящая через оптический центр под углом к главной оптической оси (N - N).

4. Главная плоскость линзы – это плоскость, проходящая через оптический центр линзы перпендикулярно главной оптической оси (P:P).

5. Главный фокус линзы – точка на главной оптической оси, в которую собираются лучи падающие на линзу параллельно главной оптической оси.

6. Фокальная плоскость линзы – плоскость, проходящая через главный фокус линзы перпендикулярно главной оптической оси.

7. Фокусное расстояние линзы – это расстояние от оптического центра до главного фокуса линзы.

8. Побочный фокус линзы – это точка пересечения побочной оптической оси с фокальной плоскостью линзы.

Виды линз:

- сферические (линзы представляют собой тела, изготовленные из оптического или органического стекла, ограниченные двумя сферическими поверхностями).

- собирающие (действительный фокус).

- рассеивающие (фокус мнимый)..

21). Величина, обратная фокусному расстоянию, называется оптической силой линзы: D = 1 / F

Измеряется оптическая сила линзы в диоптриях (дптр).

Одна диоптрия - это оптическая сила такой линзы, фокусное расстояние которой равно 1 м.

У собирающих линз она положительна, у рассеивающих - отрицательна.

На практике, для определения фокусного расстояния и оптической силы линзы используют формулу тонкой линзы:

D = 1 / F = 1 / d + 1 / f

где d - расстояние от предмета до линзы, f - расстояние от линзы до изображения.

Изображения, полученные с помощью одной линзы, как правило, отличаются от самого предмета. В этом случае говорят об искажении изображения.

22). В собирающих линзах изображение зависит от положения предмета. Если предмет находится между оптическим центром линзы и главным фокусом, то изображение будет мнимым, прямым и увеличенным (рис.1.4.5а).

Если предмет находится между фокусом и двойным фокусом, изображение - действительное, обратное, увеличенное (рис.1.4.5б).

Если предмет находится между двойным и тройным фокусом и далее, изображение - действительное, обратное, уменьшенное (рис.1.4.5.в).

Рассеивающие линзы всегда дают мнимое, прямое и уменьшенное изображение (рис.1.4.5 г).

23). Сферическая аберрация возникает потому, что края линзы отклоняют лучи сильнее, чем центральная часть. В результате изображение светящейся точки на экране получается в виде расплывчатого пятна, а изображение протяженного предмета становится не резким, размытым. Для устранения сферической аберрации используют центрированные оптические системы, состоящие из собирающих и рассеивающих линз, имеющих различные показатели преломления. Центрированной называется система линз, имеющих общую главную оптическую ось.

Оптическая система глаза.

Глаз человека является своеобразным оптическим прибором. Это объясняется, во-первых, тем, что многие оптические инструменты рассчитаны на зрительное восприятие, во-вторых, глаз человека, как усовершенствованная в процессе эволюции биологическая система, приносит некоторые идеи по конструированию и улучшению оптических систем.

Глаз может быть представлен как центрированная оптическая система, образованная роговицей, жидкостью передней камеры и хрусталиком, ограниченная спереди воздушной средой, сзади - стекловидным телом. Главная оптическая ось проходит через геометрические центры роговицы, зрачка и хрусталика. Кроме того, различают еще зрительную ось глаза, которая определяет направление наибольшей светочувствительности и проходит через центры хрусталика и желтого пятна. Угол между главной оптической и зрительной осями составляет около 5’.

Основное преломление света происходит на внешней границе роговицы, оптическая сила всей роговицы равна приблизительно 40 дптр., хрусталика - около 20 дптр., а всего глаза - около 60 дптр.

Приспособление глаза к четкому видению различно удаленных предметов называют аккомодацией.

У взрослого здорового человека при приближении предмета к глазу до расстояния 25 см аккомодация совершается без напряжения и благодаря привычке рассматривать предметы, находящиеся в руках, глаз чаще всего аккомодирует именно на это расстояние, называемое расстоянием наилучшего зрения.

Для характеристики разрешающей способности глаза используют наименьший угол зрения, при котором человеческий глаз еще различает две точки предмета.

В медицине разрешающую способность глаза оценивают остротой зрения. За норму остроты зрения принимается единица, в этом случае наименьший угол зрения равен 1’.