Geometrijska optika, katere študije, zakoni, aplikacije, vaje

The Geometrijska optika Podružnica fizike se osredotoča na preučevanje, kako se svetloba širi in odraža, ko prehaja iz enega medija v drugega, ne da bi upoštevali učinke difrakcije.

Na ta način svetlobo geometrično predstavljajo žarki, namišljene črte, pravokotne na sprednje.

Lahki žarki izhajajo iz svetlečih virov, kot so sonce, plamen ali žarnica, ki se širi v vse smeri. Površine delno odražajo te žarke svetlobe in zato jih lahko vidimo, zahvaljujoč dejstvu, da oči vsebujejo elemente, občutljive na svetlobo.

Zahvaljujoč zdravljenju Ray, geometrijska optika ne upošteva valovitih vidikov svetlobe, temveč razloži, kako se slike oblikujejo v očesu, ogledalih in projektorjih, kjer se dogajajo in kako se pojavljajo.

Temeljna načela geometrijske optike so odsev in lom svetlobe. Lahki žarki vplivajo.

To pojasnjuje vsakodnevne stvari, kot je opazovanje naše podobe v kopalniškem ogledalu, za ogled čajne žličke, ki se zdi, da se upogne v kozarcu, polno vode, ali izboljšajo vid z ustreznimi očali.

Potrebujemo svetlobo za interakcijo z okoljem, zato je vedno njihovo vedenje presenetilo opazovalce, ki so vprašali o njihovi naravi.

[TOC]

Kaj preučuje geometrijsko optiko? (Predmet študija)

Geometrijska optika preučuje širjenje svetlobe v vakuumu in v različnih medijih, ne da bi razložili, iz česa je njegova resnična narava. Za to uporablja preprost model žarkov in geometrije.

Ray je usmeritev, ki jo svetloba nadaljuje v določenem prozornem mediju, kar je odličen pristop, če je valovna dolžina majhna v primerjavi z velikostjo predmetov.

Vam lahko služi: spiralna galaksija Barrada: tvorba, evolucija, značilnosti

To je izpolnjeno v dobrem delu vsakdanjih primerov, kot so omenjeni na začetku.

Obstajata dva temeljna premisa geometrijske optike:

-Svetloba se širi na pravokotni način.

-Medtem ko se širi z različnimi sredstvi, luč to stori po empiričnih zakonih, torej pri eksperimentiranju.

Osnovni koncepti v geometrijski optiki

Lomni količnik

Hitrost svetlobe v materialnem mediju je drugačna kot pri vakuumu. Tam vemo, da je 300.000 km/s, toda v zraku je le malo nižje in še bolj v vodi ali steklu.

Indeks loma je dodatna količina, ki je opredeljen kot razmerje med hitrostjo, s katero se svetloba premika v vakuumu c_tudi In hitrost c  V tem mediju:

n = c_tudi / c

Optična pot

Vir: Slideshare.mreža

To je izdelek med razdaljo, ki jo prevozi svetloba, da prehaja iz ene točke v drugo, in indeksom loma medija:

L = s. n

Kadar je L optična pot, je S razdalja med obema točkama in n predstavlja lomni indeks, konstantna predpostavka.

Skozi optično pot primerjamo žarke svetlobe v različnih medijih.

Vpadni kot

Tu se vpadni kot imenuje θ_{1 .} Vir: Josell7/cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0

To je kot, ki tvori svetel žarek z normalno črto na površino, ki ločuje dva medija.

Zakoni o geometrijski optiki

Načelo fermata

Načelo fermata v primeru loma svetlobe na ravni površini med zrakom in vodo. Objektna točka A v zraku in opazovalni točki B v vodi. Točka refrakcije P je tista, ki minimizira čas, ki traja, da svetloba potuje po poti APB. Vir: Klaus-Dieter Keller / CC0

Francoski matematik Pierre de Fermat (1601-1665) je dejal:

Ko žarek svetlobe potuje med dvema točkama, sledite tej poti, v kateri traja minimalni čas.

In ker se svetloba premika s konstantno hitrostjo, mora biti njegova usmeritev pravokotna.

Z drugimi besedami, načelo Fermata ugotovi, da je usmeritev svetlobe strele takšna, da je optična pot med dvema točkama minimalna.

Zakon o razmišljanju

Z vplivom na površino, ki ločuje dva različna sredstva, se del vpadniškega žarka - ali vsega - odraža nazaj in to stori z enakim kotom, merjenim glede na normalno površino, na katero je vplival.

Vam lahko služi: pravokotno gibanje: značilnosti, vrste in primeriPrimer zakona o razmišljanju. Vir: Zátonyi Sandor (ifj.)/Cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/3.0

Z drugimi besedami, kot vpadni kot je enak kot refleksije:

 θ_Yo = θ_{Yo '}

Snell zakon

Snellov zakon. Vir: Wikimedia Commons. Josel7 [cc by-sa 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]

Nizozemski matematični.

Videl je, da ko žarek svetlobe vpliva na površino, ki ločuje dva medija in tvori določen kot z njim, se del strele odraža nazaj proti prvemu mediju, drugi pa sledi svoji poti skozi drugo.

Tako je sklepal naslednji odnos med obema medijem:

n_{1 ⋅} greh θ₁ = n_{2 ⋅} greh θ₂

Kje₁ in n₂ So ustrezne Indeksi loma, medtem θ₁ in  θ₂  So koti pojavnosti in loma, merjeni glede na normalno na površino, glede na zgornjo sliko.

Prijave

Ogledala in leče

Leče so naprave, ki temeljijo na geometrijski optiki, ki se med drugim uporabljajo za izboljšanje vida. Vir: Pixabay.

Ogledala so zelo polirane površine, ki odražajo svetlobo predmetov, kar omogoča nastanek slike. Ravna ogledala, na primer kopalnice ali tista, ki se prevažajo v denarnici.

Objektiv je sestavljen iz optične naprave z dvema zelo tesnima refraktivnima površinama. Ko vzporedni žarek prečka konvergentno lečo, se zbliža v točki, ki tvori sliko. Ko gre za divergentno lečo, se pojavi nasprotno: žarki potopanja snopa.

Leče se pogosto uporabljajo za odpravljanje lomnih napak očesa, pa tudi pri različnih optičnih instrumentih.

Optični instrumenti

Obstajajo optični instrumenti, ki omogočajo povečanje slik, za primere mikroskopov, povečevanja in teleskopov. Ogledati je treba tudi nad ravnijo oči, na primer periscopios.

Vam lahko služi: paramagnetizem

Če želite zajeti in ohraniti slike, imate kamere, ki vsebujejo sistem objektiva in registracijski element, da shranite oblikovano sliko.

Optično vlakno

Je dolg, tanek in prozoren material, ki temelji na silicijevem discu ali plastiki, ki se uporablja za prenos podatkov. Izkoristi lastnost popolnega odseva: Ko svetloba doseže medij z določenim kotom, ni loma, zato lahko strela prevozi na dolge razdalje, ki odskoči znotraj nitke.

Vaja rešena

Predmeti v ozadju bazen ali ribnik Zdi se, da so bližje, kot jih v resnici najdejo, kar je posledica loma. Kako navidezna globina opazovalec vidi kovanec, ki je na dnu 4 m globokega bazena?

Predpostavimo, da žarek, ki izhaja iz valute, doseže oko opazovalca s kotom 40 ° glede na normalno.

Kovanec na dnu bazena pogleda bližje, ko gleda od zgoraj. Vir: f. Zapata.

Podatki: Indeks refrakcije vode je 1.33, zrak je 1.

Rešitev

Navidezna globina valute je s 'in globina bazena je s = 4 m. Valuta je v točki Q in opazovalec jo vidi na točki Q '. Globina te točke je:

s '= s - q'q

Snellovega zakona:

n_b ⋅ sena 40 ° = n_do ⋅ greh θ_r

greh θ_r = (n_b ⋅ sen 40 °) ÷ n_do = Sen 40 ° /1.33 = 0.4833

θ_r = Arcsen (0.4833) = 28.9 °

Če poznamo ta kot, izračunamo razdaljo d = ov iz desnega trikotnika, katerega akutni kot je θ_r:

Torej 28.9 ° = ov/4 m

Ov = 4m × tan 28.9 ° = 2.154 m

Poleg:

Tan 50 ° = oq '/ov

Zato:

Oq '= ov × tan 50 ° = 2.154 m × tan 50 ° = 2.57 m.

Reference

1. Bauer, w. 2011. Fizika za inženiring in znanosti. Zvezek 2. MC Graw Hill.
2. Figueras, m. Geometrijska optika: optika brez valov. Odprta univerza v Kataloniji.
3. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. 6. Ed Prentice Hall.
4. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 2. 7. Ed. Cengage učenje.
5. Tippens, str. 2011. Fizika: pojmi in aplikacije. 7. izdaja. McGraw Hill.