Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
Нарушение закона независимости световых пучков проявляется в явлениях
интерференции и дифракции света. Например, в тени от края непрозрачного
предмета наблюдается переходная область, в которой освещенность меняется
немонотонно: в ней наблюдаются так называемые дифракционные полосы. Об
этих явлениях мы будем подробнее говорить ниже, здесь же отметим, что в
геометрической оптике ими пренебрегают.
На основе законов прямолинейного распространения и независимости световых
пучков сложилось представление о световых лучах как о линиях, вдоль
которых распространяется свет. В таком понимании луч явля-508
К кажущемуся положению Солнца
ч
ч
ч
Рис. 15.1
Рис. 15.2
ется чисто математическим понятием. В физическом смысле под лучом
понимают конечный, достаточно узкий, световой пучок.
Закон отражения света был известен еще до нашей эры. Падая на поверхность
какого-либо предмета, свет частично отражается. Остальная его часть либо
поглощается предметом (и превращается в тепло), либо (если предмет
прозрачен) проходит сквозь предмет. Для плоских поверхностей падающий и
отраженный лучи лежат в одной плоскости с нормалью к границе раздела в
точке падения (эта плоскость называется плоскостью падения), причем угол
падения а (угол между нормалью к границе раздела и падающим лучом) равен
углу отражения у (углу между нормалью к границе раздела и отраженным
лучом) (рис. 15.3). Рис- 15 3
Это есть закон отражения. Падая на шероховатую поверхность, свет
отражается в различных направлениях, и здесь наблюдается диффузное
отражение. Именно благодаря диффузному отражению обычный предмет можно
наблюдать под разными углами. Если же луч света падает на зеркальную
поверхность, то отраженный луч можно увидеть лишь в том случае, если глаз
займет положение, для которого выполняется закон отражения.
У X
стекло
воздух
б)
Рис. 15.4
Когда свет переходит из одной прозрачной среды в другую, причем свет
падает под некоторым углом к поверхности раздела, то наблюдается
преломление света. Экспериментально установлено, что при переходе света в
среду, где его скорость меньше, преломленный луч приближается к нормали
(рис. 15.4, а), если же в новой среде скорость света больше, то луч
отклоняется от нормали к границе раздела сред (рис. 15.4, б).
Преломлением обусловлен целый ряд широко известных оптических иллюзий.
Например, наблюдателю на берегу кажется, что у человека, зашедшего в воду
по пояс, ноги стали короче.
Как показано на рис. 15.5, лучи от ног человека, стоящего в воде, после
преломления отклоняются к поверхности. Наблюдатель же воспринимает лучи
как прямолинейные, и поэтому Рис. 15.5
509
:м
ступни ног ему кажутся расположенными выше, чем в действительности. По
этой же причине ложка в стакане чая кажется согнутой в том месте, где она
входит в жидкость. Экспериментально установлено, что угол преломления (3
(угол между нормалью к границе раздела и преломле лучом) зависит от
скорости света в обеих средах и от угла падениялуча. Эта зависимость
известна как закон Снеллиуса и выражает закон преломления: преломленный
луч лежит в плоскости падения, причем отношение синуса угла падения а к
синусу угла преломления (3 для рассматриваемых сред зависит только от
длины световой волны, т.е.
sina п
жг'*' (151)
где л2,1 = п2/пх называется относительным показателем преломления второй
среды относительно первой; щ,п2- показатели преломления первой и второй
сред относительно вакуума, называемые абсолютными показателями
преломления этих сред (абсолютный показатель преломления показывает, во
сколько раз скорость света с в вакууме больше скорости света и в данной
среде: п = с/и).
и, < п
Рис. 15.6
Рис. 15.7
Из закона Снеллиуса ясно, что если п2>щ, то (3 <а и преломленный луч
будет приближаться к нормали. Когда свет переходит в среду с меньшим
показателем преломления, т.е. n2l < 1, он отклоняется от нормали и может
оказаться, что при определенном угле падения величина sin (3 = (sin а)/"2
j, формально вычисленная по формуле (15.1), превзойдет единицу. Угол
падения а0, при котором (sin ao)/n2>i = 1" называется критическим углом,
или предельным углом полного внутреннего отражения. При углах падения
меньших а0 преломленный луч существует. Если же угол падения превышает
критический, то преломленный луч отсутствует и весь свет отражается (рис.
15.6). Это явление получило название полного внутреннего отражения.
Полное внутреннее отражение используется во многих оптических приборах.
Например, в биноклях и перископах для отражения света используются не
зеркала, а специальные призмы (рис. 15.7); при этом достигается почти
100%-ное отражение света. На полном внутреннем отражении основана вся
волоконная оптика: свет передается по пучку тонких прозрачных волокон
(световоду), испытывая только скользящие отражения от их стенок, т.е.
претерпевая полное внутреннее отражение.
510
Изображения в зеркалах Глядя в зеркало прямо перед собой, мы видим как бы
