reflexia luminii este un fenomen în care incidența luminii pe interfața dintre două medii MN o parte a fluxului de lumină incidentă, după ce și-a schimbat direcția de propagare, rămâne în același mediu. fascicul care cădeAO- o rază care arată direcția de propagare a luminii. fascicul reflectatOB- un fascicul care arată direcția de propagare a părții reflectate a fluxului luminos.

Unghiu de incidenta este unghiul dintre raza incidenta si perpendiculara pe suprafata reflectanta.

Unghiul de reflexie - unghiul dintre fasciculul reflectat și perpendiculara ridicată pe interfața dintre medii în punctul de incidență a fasciculului.

Legea reflexiei luminii: 1) razele incidente și reflectate se află în același plan cu perpendiculara ridicată în punctul de incidență a fasciculului la interfața dintre două medii; 2) unghiul de reflexie este egal cu unghiul de incidență.

O oglindă a cărei suprafață este plană se numește oglindă plată. Reflecție în oglindă este o reflectare direcțională a luminii.

Dacă interfața dintre medii este o suprafață ale cărei neregularități sunt mai mari decât lungimea de undă a luminii incidente pe ea, atunci razele de lumină reciproc paralele incidente pe o astfel de suprafață nu își păstrează paralelismul după reflexie, ci se împrăștie în toate direcțiile posibile. Această reflectare a luminii se numește risipite sau difuz.

imaginea reală- aceasta este imaginea care se obține atunci când razele se intersectează.

Imagine imaginară- aceasta este imaginea care se obtine prin continuarea razelor.

Construirea imaginilor în oglinzi sferice.

oglindă sferică MK numită suprafața unui segment sferic care reflectă lumina specular. Dacă lumina este reflectată de pe suprafața interioară a segmentului, atunci se numește oglinda concav,și dacă de pe suprafața exterioară a segmentului - convex. Oglinda concavă este adunare,și convexă împrăștiere.

Centrul sferei C, din care este tăiat un segment sferic, formând o oglindă, se numește centrul optic al oglinzii, și vârful segmentului sferic O- a lui pol; R- raza de curbură a unei oglinzi sferice.

Se numește orice linie care trece prin centrul optic al oglinzii axa optică (KC; MC). Axa optică care trece prin polul oglinzii se numește axa optică principală (OC). Razele care călătoresc în apropierea axei optice principale sunt numite paraxial.

Punct F, în care razele paraxiale se intersectează după reflexie, incidentă pe o oglindă sferică paralelă cu axa optică principală, se numește concentrare principala.

Se numește distanța de la pol până la focarul principal al oglinzii sferice focalDE.

Orice rază incidentă de-a lungul uneia dintre axele sale optice este reflectată de oglindă de-a lungul aceleiași axe.

Formula pentru o oglindă sferică concavă:
, Unde d- distanta de la obiect la oglinda (m), f este distanța de la oglindă la imagine (m).

Formula pentru distanța focală a unei oglinzi sferice:
sau

Valoarea D, reciproca distanței focale F a unei oglinzi sferice, se numește aceasta putere optică.

/dioptrie/.

Puterea optică a unei oglinzi concave este pozitivă, în timp ce cea a unei oglinzi convexe este negativă.

O creștere liniară Г a unei oglinzi sferice este raportul dintre dimensiunea imaginii create de aceasta H și dimensiunea obiectului reprezentat h, adică.
.

Construcția imaginilor în oglinzi și caracteristicile acestora.

Imaginea oricărui punct A al unui obiect dintr-o oglindă sferică poate fi construită folosind orice pereche de raze standard: 2,6 - 2,9

2) fasciculul care trece prin focar, după reflexie, va merge paralel cu axa optică pe care se află acest focar;

4) un fascicul incident pe stâlpul oglinzii, după reflectarea din oglindă, merge simetric pe axa optică principală (AB = VM)

Să luăm în considerare câteva exemple de construcție de imagini în oglinzi concave:

2) Obiectul este situat la o distanță egală cu raza de curbură a oglinzii. Imaginea este reală, egală ca mărime cu dimensiunea obiectului, inversată, situată strict sub obiect (Fig. 2.11).

Orez. 2.12

3) Obiectul este situat între focar și polul oglinzii. Imagine - imaginară, mărită, directă (Fig. 2.12)

Formula oglindă

Să găsim legătura dintre caracteristica optică și distanțele care determină poziția obiectului și imaginea acestuia.

Fie obiectul oarecare punct A situat pe axa optică. Folosind legile reflexiei luminii, vom construi o imagine a acestui punct (Fig. 2.13).

Să notăm distanța de la obiect la polul oglinzii (AO) și de la pol la imagine (OA¢).

Luați în considerare triunghiul APC, obținem asta

Din triunghiul APA¢, obținem asta . Excludem din aceste expresii unghiul , deoarece singurul care nu se bazează pe OR.

, sau

(2.3)

Unghiurile b, q, g se bazează pe OR. Fie ca grinzile luate în considerare să fie paraxiale, atunci aceste unghiuri sunt mici și, prin urmare, valorile lor în măsura în radiani sunt egale cu tangentei acestor unghiuri:

; ; , unde R=OC, este raza de curbură a oglinzii.

Inlocuim expresiile obtinute in ecuatia (2.3)

Din moment ce am aflat mai devreme că distanța focală este legată de raza de curbură a oglinzii, atunci

(2.4)

Expresia (2.4) se numește formula oglindă, care este folosită numai cu regula semnului:

Distanțele , , sunt considerate pozitive dacă sunt numărate de-a lungul fasciculului, iar negative în caz contrar.

oglindă convexă.

Să luăm în considerare câteva exemple de construcție a imaginilor în oglinzi convexe.

2) Obiectul este situat la o distanță egală cu raza de curbură. Imaginea este imaginară, redusă, directă (Fig. 2.15)

Focalizarea unei oglinzi convexe este imaginară. Formula oglinzii convexe

.

Regula semnului pentru d și f rămâne aceeași ca și pentru o oglindă concavă.

Mărirea liniară a unui obiect este determinată de raportul dintre înălțimea imaginii și înălțimea obiectului însuși.

. (2.5)

Astfel, indiferent de locația obiectului față de oglinda convexă, imaginea este întotdeauna imaginară, directă, redusă și situată în spatele oglinzii. În timp ce imaginile dintr-o oglindă concavă sunt mai diverse, acestea depind de locația obiectului față de oglindă. Prin urmare, oglinzile concave sunt folosite mai des.

Având în vedere principiile imaginii în diverse oglinzi, am ajuns să înțelegem funcționarea unor astfel de instrumente precum telescoapele astronomice și oglinzile de mărire în instrumentele cosmetice și în practica medicală, suntem capabili să proiectăm noi înșine unele dintre instrumente.

Orice suprafețe reflectorizante din cursul fizicii școlare sunt de obicei numite oglinzi. Luați în considerare două forme geometrice de oglinzi:

• apartament
• sferic

- o suprafata reflectorizanta, a carei forma este plana. Construcția unei imagini într-o oglindă plană se bazează pe , care, în cazul general, poate fi chiar simplificată (Fig. 1).

Orez. 1. Oglindă plată

Fie sursa din exemplul nostru punctul A (sursa de lumină punctuală). Razele de la o sursă se propagă în toate direcțiile. Pentru a găsi poziția imaginii, este suficient să analizați cursul oricăror două raze și să găsiți prin construcție punctul de intersecție a acestora. Primul fascicul (1) va fi lansat în orice unghi față de planul oglinzii și, conform , mișcarea sa ulterioară va fi la un unghi de reflexie egal cu unghiul de incidență. Al doilea fascicul (2) poate fi lansat și în orice unghi, dar este mai ușor să îl tragi perpendicular pe suprafață, deoarece, în acest caz, nu va experimenta refracția. Prelungirile razelor 1 și 2 converg în punctul B, în cazul nostru, acest punct este punctul A (imaginar) (Fig. 1.1).

Totuși, triunghiurile obținute în Figura 1.1 sunt aceleași (la două unghiuri și o latură comună), apoi, de regulă, pentru construirea unei imagini într-o oglindă plată, putem lua: atunci când construiți o imagine într-o oglindă plată, este suficient de la sursa A să coborâți perpendiculara pe planul oglinzii și apoi continuați această perpendiculară pe aceeași lungime pe cealaltă parte a oglinzii.(Fig. 1.2) .

Să folosim această logică (Fig. 2).

Orez. 2. Exemple de construcție într-o oglindă plată

În cazul unui obiect nepunctual, este important să rețineți că forma obiectului dintr-o oglindă plată nu se schimbă. Dacă luăm în considerare că orice obiect constă de fapt din puncte, atunci, în cazul general, este necesar să reflectăm fiecare punct. Într-o versiune simplificată (de exemplu, un segment sau o figură simplă), puteți reflecta punctele extreme și apoi le puteți conecta cu linii drepte (Fig. 3). În același timp, AB este un obiect, A’B’ este o imagine.

Orez. 3. Construcția unui obiect într-o oglindă plată

Am introdus și un nou concept sursă de lumină punctuală este o sursă a cărei dimensiune poate fi neglijată în problema noastră.

- o suprafață reflectorizantă, a cărei formă face parte dintr-o sferă. Logica de căutare a imaginii este aceeași - pentru a găsi două raze care provin de la sursă, a căror intersecție (sau continuarea lor) va da imaginea dorită. De fapt, pentru un corp sferic există trei raze destul de simple, a căror refracție poate fi prezisă cu ușurință (Fig. 4). Să fie o sursă punctuală de lumină.

Orez. 4. Oglindă sferică

Mai întâi, să introducem linia și punctele caracteristice ale oglinzii sferice. Se numește punctul 4 centrul optic al unei oglinzi sferice. Acest punct este centrul geometric al sistemului. Linia 5 - axa optică principală a unei oglinzi sferice- o linie care trece prin centrul optic al unei oglinzi sferice si perpendiculara pe tangenta la oglinda in acest punct. Punct F — focalizarea unei oglinzi sferice, care are proprietăți speciale (mai multe despre asta mai târziu).

Apoi, există trei căi de raze care sunt destul de simple de luat în considerare:

1. albastru. Fasciculul care trece prin focar, reflectat de oglindă, trece paralel cu axa optică principală (proprietatea focalizării),
2. verde. Un fascicul incident pe centrul optic principal al unei oglinzi sferice este reflectat la același unghi (),
3. roșu. Un fascicul care se deplasează paralel cu axa optică principală, după refracție, trece prin focar (proprietatea focalizării).

Selectăm oricare două raze și intersecția lor dă imaginea obiectului nostru ().

Concentrează-te- un punct condiționat pe axa optică principală, la care razele reflectate dintr-o oglindă sferică converg paralel cu axa optică principală.

Pentru o oglindă sferică distanta focala(distanța de la centrul optic al oglinzii până la focalizare) este un concept pur geometric, iar acest parametru poate fi găsit prin relația:

Concluzie: pentru oglinzi se folosesc cele mai comune. Pentru o oglindă plată, există o simplificare pentru imagistica (Fig. 1.2). Pentru oglinzile sferice, există trei căi ale fasciculului, dintre care oricare două oferă o imagine (Fig. 4).

Oglindă plată, sferică actualizat: 9 septembrie 2017 de: Ivan Ivanovici

Când construiți o imagine a oricărui punct al sursei, nu este nevoie să luați în considerare multe raze. Pentru a face acest lucru, este suficient să construiți două grinzi; punctul lor de intersecție va determina locația imaginii. Cel mai convenabil este să construiți acele raze, al căror curs este ușor de urmat. Calea acestor raze în cazul reflectării din oglindă este prezentată în Fig. 213.

Orez. 213. Diverse tehnici pentru construirea unei imagini într-o oglindă sferică concavă

Fasciculul 1 trece prin centrul oglinzii și, prin urmare, este normal cu suprafața oglinzii. Acest fascicul revine după reflexie exact înapoi de-a lungul axei optice secundare sau principale.

Fasciculul 2 este paralel cu axa optică principală a oglinzii. Acest fascicul după reflexie trece prin focarul oglinzii.

Fascicul 3, care trece din punctul obiectului prin focalizarea oglinzii. După reflectarea din oglindă, merge paralel cu axa optică principală.

Fasciculul 4, incident pe oglinda la polul acesteia, va fi reflectat înapoi simetric în raport cu axa optică principală. Pentru a construi o imagine, puteți folosi orice pereche de aceste raze.

După ce au construit imagini ale unui număr suficient de puncte ale unui obiect extins, se poate face o idee despre poziția imaginii întregului obiect. În cazul unei forme de obiect simple prezentate în Fig. 213 (un segment de linie perpendicular pe axa principală), este suficient să construiți un singur punct al imaginii. Câteva cazuri mai complicate sunt luate în considerare în exerciții.

Pe fig. 210 au primit construcții geometrice de imagini pentru diferite poziții ale obiectului în fața oglinzii. Orez. 210, în - obiectul este plasat între oglindă și focar - ilustrează construcția unei imagini virtuale prin continuarea razelor în spatele oglinzii.

Orez. 214. Construirea unei imagini într-o oglindă sferică convexă.

Pe fig. 214 este dat un exemplu de construire a unei imagini într-o oglindă convexă. După cum am menționat mai devreme, în acest caz, imaginile virtuale sunt întotdeauna obținute.

Pentru a construi o imagine într-o lentilă a oricărui punct al unui obiect, precum și atunci când construiți o imagine într-o oglindă, este suficient să găsiți punctul de intersecție a oricăror două raze care emană din acest punct. Cea mai simplă construcție este realizată folosind razele prezentate în Fig. 215.

Orez. 215. Diverse tehnici pentru construirea unei imagini într-un obiectiv

Fasciculul 1 merge de-a lungul axei optice secundare fără a schimba direcția.

Fasciculul 2 cade pe lentilă paralel cu axa optică principală; refractat, acest fascicul trece prin focarul din spate.

Fasciculul 3 trece prin focalizarea frontală; refractat, acest fascicul merge paralel cu axa optică principală.

Construcția acestor raze se realizează fără nicio dificultate. Orice altă rază care vine din punct ar fi mult mai dificil de construit - ar trebui să folosiți direct legea refracției. Dar acest lucru nu este necesar, deoarece după finalizarea construcției, orice rază refractată va trece prin punctul .

Trebuie remarcat că atunci când se rezolvă problema construirii unei imagini a punctelor în afara axei, nu este deloc necesar ca cele mai simple perechi de raze alese să treacă efectiv prin lentilă (sau oglindă). În multe cazuri, de exemplu, la fotografiere, obiectul este mult mai mare decât obiectivul, iar razele 2 și 3 (Fig. 216) nu trec prin obiectiv. Cu toate acestea, aceste raze pot fi folosite pentru a construi o imagine. Fasciculul real u implicat în formarea imaginii este limitat de cadrul lentilei (conuri umbrite), dar converg, bineînțeles, în același punct, deoarece se dovedește că la refracția în lentilă, imaginea unui sursa punctuală este din nou un punct.

Orez. 216. Construirea unei imagini în cazul în care obiectul este mult mai mare decât obiectivul

Să luăm în considerare câteva cazuri tipice ale unei imagini într-un obiectiv. Vom considera lentila ca fiind convergentă.

1. Obiectul este de la lentilă, la o distanță mai mare de două ori distanța focală. Aceasta este de obicei poziția subiectului când fotografiați.

Orez. 217. Construirea unei imagini într-un obiectiv când obiectul se află în spatele distanței focale duble

Construcția imaginii este dată în fig. 217. Din moment ce , apoi prin formula lentilei (89.6)

,

adică imaginea se află între focalizarea din spate și o lentilă subțire situată la de două ori distanța focală față de centrul optic al lentilei. Imaginea este inversată (invers) și redusă, deoarece conform formulei de mărire

2. Observăm un caz special important când un fascicul de raze paralel cu o axă optică laterală cade pe lentilă. Un caz similar apare, de exemplu, atunci când fotografiați obiecte extinse foarte îndepărtate. Construcția imaginii este dată în fig. 218.

În acest caz, imaginea se află pe axa optică secundară corespunzătoare, în punctul de intersecție cu planul focal posterior (așa-numitul plan perpendicular pe axa principală și care trece prin focarul din spate al lentilei).

Orez. 218. Construcția imaginii în cazul în care un fascicul de raze paralel cu axa optică laterală cade pe lentilă

Punctele planului focal sunt adesea numite focare ale axelor laterale corespunzătoare, lăsând denumirea de focar principal în spatele punctului corespunzător axei principale.

Distanța de focalizare față de axa optică principală a lentilei și unghiul dintre axa secundară luată în considerare și axa principală sunt în mod evident legate prin formula (Fig. 218)

3. Subiectul se află între un punct aflat de două ori distanța focală și focalizarea frontală - poziția normală a subiectului atunci când este proiectat de o lampă de proiecție. Pentru a studia acest caz, este suficient să folosiți proprietatea de reversibilitate a imaginii într-un obiectiv. Vom lua în considerare sursa (vezi Fig. 217), apoi va fi o imagine. Este ușor de observat că în cazul în cauză imaginea este inversă, mărită și se află la o distanță de obiectiv mai mare de două ori distanța focală.

Este util să rețineți cazul special când obiectul se află la o distanță egală cu dublul distanței focale față de obiectiv, adică . Apoi după formula lentilei

,

adică, imaginea se află, de asemenea, la de două ori distanța focală față de obiectiv. Imaginea în acest caz este inversată. Pentru a crește, găsim

adică imaginea are aceleași dimensiuni ca și subiectul.

4. De mare importanță este cazul special când sursa se află într-un plan perpendicular pe axa principală a lentilei și trece prin focarul frontal.

Acest plan este, de asemenea, planul focal; se numeste plan focal anterior. Dacă o sursă punctuală este situată în oricare dintre punctele planului focal, adică într-unul dintre focarele frontale, atunci un fascicul paralel de raze iese din lentilă, îndreptat de-a lungul axei optice corespunzătoare (Fig. 219). Unghiul dintre această axă și axa principală și distanța de la sursă la axă sunt raportate prin formula

5. Subiectul se află între focalizarea frontală și obiectiv, adică . În acest caz, imaginea este directă și imaginară.

Construcția imaginii în acest caz este dată în Fig. 220. Din moment ce , a creste avem

adică imaginea este mărită. Vom reveni la acest caz când luăm în considerare bucla.

Orez. 219. Surse și se află în planul focal frontal. (Raze de raze ies din lentilă paralele cu axele laterale care trec prin punctele sursă)

Orez. 220. Construirea unei imagini în cazul în care obiectul se află între focalizarea frontală și obiectiv

6. Construirea unei imagini pentru o lentilă divergentă (Fig. 221).

Imaginea dintr-un obiectiv divergent este întotdeauna imaginară și directă. În cele din urmă, din moment ce , imaginea este întotdeauna redusă.

Orez. 221. Construirea unei imagini într-o lentilă divergentă

Rețineți că pentru toate construcțiile de raze care trec printr-o lentilă subțire, este posibil să nu luăm în considerare calea lor în interiorul lentilei în sine. Este important doar să cunoașteți locația centrului optic și a focarelor principale. Astfel, o lentilă subțire poate fi reprezentată printr-un plan care trece prin centrul optic perpendicular pe axa optică principală, pe care să fie marcate pozițiile focarelor principale. Acest plan se numește plan principal. Este evident că fasciculul care intră în lentilă și iese din acesta trece prin același punct al planului principal (Fig. 222, a). Dacă păstrăm contururile lentilei în desene, atunci doar pentru o diferență vizuală între lentilele convergente și divergente; pentru toate construcţiile, însă, aceste contururi sunt de prisos. Uneori, pentru o mai mare simplitate a desenului, în locul contururilor lentilei, se folosește o imagine simbolică, prezentată în Fig. 222b.

Orez. 222. a) Înlocuirea lentilei cu planul principal; b) o imagine simbolică a unei lentile convergente (stânga) și divergente (dreapta); c) înlocuirea oglinzii cu planul principal

În mod similar, o oglindă sferică poate fi reprezentată prin planul principal care atinge suprafața sferei la polul oglinzii, indicând pe axa principală poziția centrului sferei și a focarului principal. Poziția indică dacă avem de-a face cu o oglindă concavă (colectantă) sau convexă (difuzătoare) (Fig. 222, c).