odboj svetlobe je pojav, pri katerem vpad svetlobe na vmesnik med dvema medijema MN del vpadnega svetlobnega toka, ki je spremenil smer širjenja, ostane v istem mediju. padajoči žarekAO- žarek, ki kaže smer širjenja svetlobe. odsevni žarekOB- žarek, ki prikazuje smer širjenja odbitega dela svetlobnega toka.

Vpadni kot je kot med vpadnim žarkom in pravokotnico na odbojno površino.

Odbojni kot - kot med odbitim žarkom in navpičnico, dvignjenim na vmesnik med medijem na točki vpada žarka.

Zakon odboja svetlobe: 1) vpadni in odbiti žarki ležijo v isti ravnini s pravokotnico, postavljeno na točki vpada žarka na vmesnik med dvema medijema; 2) odbojni kot je enak vpadnemu kotu.

Zrcalo, katerega površina je ravnina, se imenuje ravno zrcalo. Zrcalni odsev je usmerjen odsev svetlobe.

Če je vmesnik med mediji površina, katere nepravilnosti so večje od valovne dolžine svetlobe, ki pada nanjo, potem medsebojno vzporedni svetlobni žarki, ki padajo na takšno površino, po odboju ne ohranijo svoje vzporednosti, ampak se razpršijo v vse možne smeri. Ta odboj svetlobe se imenuje razpršeno oz razpršeno.

dejanska slika- to je slika, ki nastane, ko se žarki sekajo.

Namišljena podoba- to je slika, ki jo dobimo z nadaljevanjem žarkov.

Konstrukcija slik v sferičnih ogledalih.

sferično ogledalo MK imenujemo površina sferičnega segmenta, ki zrcalno odbija svetlobo. Če se svetloba odbija od notranje površine segmenta, se imenuje zrcalo konkavno, in če z zunanje površine segmenta - konveksna. Konkavno ogledalo je zbiranje, in konveksna razpršenost.

Sphere Center C, iz katerega je izrezan sferični segment, ki tvori zrcalo, se imenuje optično središče ogledala, in vrh sferičnega segmenta O- njegovega palica; R- polmer ukrivljenosti sferičnega zrcala.

Vsaka črta, ki poteka skozi optično središče zrcala, se imenuje optična os (KC; MC). Optična os, ki poteka skozi pol zrcala, se imenuje glavna optična os (OC). Imenuje se žarki, ki potujejo v bližini glavne optične osi paraksialni.

točka F, pri katerem se paraksialni žarki sekajo po odboju, ki padejo na sferično zrcalo, vzporedno z glavno optično osjo, se imenuje glavni poudarek.

Razdalja od pola do glavnega žarišča sferičnega zrcala se imenuje žariščeOF.

Vsak žarek, ki pade vzdolž ene od njegovih optičnih osi, se odbije od zrcala vzdolž iste osi.

Formula za konkavno sferično ogledalo:
, kje d- razdalja od predmeta do ogledala (m), f je razdalja od ogledala do slike (m).

Formula za goriščno razdaljo sferičnega zrcala:
oz

Imenuje se vrednost D, recipročna goriščna razdalja F sferičnega zrcala optična moč.

/dioptrija/.

Optična moč konkavnega zrcala je pozitivna, konveksnega pa negativna.

Linearno povečanje G sferičnega zrcala je razmerje med velikostjo slike, ki jo ustvari H, in velikostjo upodobljenega predmeta h, t.j.
.

Konstrukcija slik v ogledalih in njihove značilnosti.

Podobo katere koli točke A predmeta v sferičnem zrcalu lahko sestavimo s katerim koli parom standardnih žarkov: 2,6 - 2,9

2) žarek, ki gre skozi žarišče, bo po odboju šel vzporedno z optično osjo, na kateri leži to žarišče;

4) žarek, ki pade na pol zrcala, po odboju od zrcala gre simetrično na glavno optično os (AB = VM)

Oglejmo si nekaj primerov gradnje slik v konkavnih ogledalih:

2) Predmet se nahaja na razdalji, ki je enaka polmeru ukrivljenosti zrcala. Slika je resnična, po velikosti enaka velikosti predmeta, obrnjena, nahaja se strogo pod predmetom (slika 2.11).

riž. 2.12

3) Predmet se nahaja med žariščem in polom zrcala. Slika - namišljena, povečana, neposredna (slika 2.12)

Zrcalna formula

Poiščimo povezavo med optično karakteristiko in razdaljami, ki določajo položaj predmeta in njegovo sliko.

Naj bo predmet neka točka A, ki se nahaja na optični osi. S pomočjo zakonov odboja svetlobe bomo zgradili sliko te točke (slika 2.13).

Označimo razdaljo od predmeta do pola zrcala (AO) in od pola do slike (OA¢).

Razmislite o trikotniku APC, to razumemo

Iz trikotnika APA¢ dobimo to . Iz teh izrazov izključimo kot , saj je edini, ki se ne zanaša na ALI.

, oz

(2.3)

Koti b, q, g temeljijo na OR. Naj so obravnavani žarki paraksialni, potem so ti koti majhni in so zato njihove vrednosti v radianski meri enake tangentu teh kotov:

; ; , kjer je R=OC polmer ukrivljenosti zrcala.

Dobljene izraze nadomestimo v enačbo (2.3)

Ker smo prej ugotovili, da je goriščna razdalja povezana s polmerom ukrivljenosti zrcala, potem

(2.4)

Izraz (2.4) se imenuje zrcalna formula, ki se uporablja samo s predznakom:

Razdalje , , se štejejo za pozitivne, če se štejejo vzdolž žarka, in negativne, drugače.

konveksno ogledalo.

Oglejmo si nekaj primerov gradnje slik v konveksnih ogledalih.

2) Predmet se nahaja na razdalji, ki je enaka polmeru ukrivljenosti. Slika je namišljena, zmanjšana, neposredna (slika 2.15)

Fokus konveksnega zrcala je namišljen. Formula konveksnega ogledala

.

Pravilo predznaka za d in f ostane enako kot za konkavno ogledalo.

Linearna povečava predmeta je določena z razmerjem med višino slike in višino samega predmeta.

. (2.5)

Tako je ne glede na lokacijo predmeta glede na konveksno zrcalo slika vedno namišljena, neposredna, zmanjšana in se nahaja za ogledalom. Medtem ko so slike v konkavnem zrcalu bolj raznolike, so odvisne od lokacije predmeta glede na ogledalo. Zato se pogosteje uporabljajo konkavna ogledala.

Po preučitvi načel slikanja v različnih ogledalih smo spoznali delovanje tako različnih instrumentov, kot so astronomski teleskopi in povečevalna ogledala v kozmetičnih instrumentih in medicinski praksi, nekatere instrumente lahko oblikujemo tudi sami.

Vse odsevne površine v šolski fiziki običajno imenujemo zrcala. Razmislite o dveh geometrijskih oblikah ogledal:

• stanovanje
• sferična

- odsevna površina, katere oblika je ravnina. Konstrukcija slike v ravnem zrcalu temelji na , ki jo v splošnem primeru lahko celo poenostavimo (slika 1).

riž. 1. Ravno ogledalo

Naj bo vir v našem primeru točka A (točkovni svetlobni vir). Žarki iz vira se širijo v vse smeri. Da bi našli položaj slike, je dovolj, da analiziramo potek poljubnih dveh žarkov in s konstrukcijo poiščemo točko njunega presečišča. Prvi žarek (1) se bo izstrelil pod katerim koli kotom na ravnino zrcala, v skladu s , pa bo njegovo nadaljnje gibanje pod kotom odboja, enakim vpadnemu kotu. Drugi žarek (2) lahko sprožimo tudi pod katerim koli kotom, vendar ga je lažje potegniti pravokotno na površino, ker se v tem primeru ne bo lomil. Podaljški žarkov 1 in 2 se zbližata v točki B, v našem primeru je ta točka točka A (namišljena) (slika 1.1).

Vendar so trikotniki, dobljeni na sliki 1.1, enaki (pod dvema kotoma in skupna stranica), potem lahko praviloma za konstrukcijo slike v ravnem ogledalu vzamemo: pri konstruiranju slike v ravnem ogledalu je dovolj od vira A, da spustimo pravokotno na ravnino zrcala, nato pa to pravokotno nadaljujemo do enake dolžine na drugi strani zrcala(slika 1.2) .

Uporabimo to logiko (slika 2).

riž. 2. Primeri konstrukcije v ravnem ogledalu

V primeru netočkovnega predmeta je pomembno zapomniti, da se oblika predmeta v ravnem zrcalu ne spremeni. Če upoštevamo, da je kateri koli predmet dejansko sestavljen iz točk, potem je v splošnem primeru treba vsako točko odražati. V poenostavljeni različici (na primer segment ali preprosta slika) lahko odražate skrajne točke in jih nato povežete z ravnimi črtami (slika 3). Hkrati je AB predmet, A’B’ je podoba.

riž. 3. Konstrukcija predmeta v ravnem ogledalu

Uvedli smo tudi nov koncept točkovni svetlobni vir je vir, katerega velikost v našem problemu lahko zanemarimo.

- odsevna površina, katere oblika je del krogle. Logika iskanja slik je enaka - najti dva žarka, ki prihajata iz vira, katerih presečišče (ali njihova nadaljevanja) bo dalo želeno sliko. Pravzaprav za sferično telo obstajajo trije precej preprosti žarki, katerih lom je mogoče zlahka predvideti (slika 4). Naj bo točkovni vir svetlobe.

riž. 4. Sferično ogledalo

Najprej predstavimo značilno črto in točke sferičnega zrcala. Točka 4 se imenuje optično središče sferičnega zrcala. Ta točka je geometrijsko središče sistema. 5. vrstica - glavna optična os sferičnega zrcala- črta, ki poteka skozi optično središče sferičnega zrcala in je v tej točki pravokotna na tangento na zrcalo. Dot F — fokus sferičnega zrcala, ki ima posebne lastnosti (več o tem kasneje).

Potem obstajajo tri poti žarkov, ki so dovolj preproste za upoštevanje:

1. modra. Žarek, ki gre skozi žarišče, se odbije od zrcala, poteka vzporedno z glavno optično osjo (lastnost fokusa),
2. zelena. Žarek, ki pade na glavno optično središče sferičnega zrcala, se odbija pod enakim kotom (),
3. rdeča. Žarek, ki potuje vzporedno z glavno optično osjo, po lomu preide skozi žarišče (lastnost fokusa).

Izberemo poljubna dva žarka in njuno presečišče daje podobo našega predmeta ().

Fokus- pogojna točka na glavni optični osi, pri kateri se žarki, ki se odbijajo od sferičnega zrcala, konvergirajo vzporedno z glavno optično osjo.

Za sferično ogledalo Goriščna razdalja(razdalja od optičnega središča zrcala do fokusa) je čisto geometrijski koncept, ta parameter pa je mogoče najti prek razmerja:

Zaključek: za ogledala se uporabljajo najpogostejša. Za ravno ogledalo obstaja poenostavitev za slikanje (slika 1.2). Za sferična zrcala obstajajo tri poti žarka, od katerih vsaka dva dajeta sliko (slika 4).

Ravno, sferično ogledalo posodobil: 9. september 2017 avtor: Ivan Ivanovič

Pri izdelavi slike katere koli točke vira ni treba upoštevati veliko žarkov. Če želite to narediti, je dovolj, da zgradite dva žarka; njihova presečna točka bo določila lokacijo slike. Najbolj priročno je sestaviti tiste žarke, katerih potek je enostavno slediti. Pot teh žarkov v primeru odboja od zrcala je prikazana na sl. 213.

riž. 213. Različne tehnike za konstruiranje slike v konkavnem sferičnem zrcalu

Žarek 1 prehaja skozi središče zrcala in je zato normalen na površino zrcala. Ta žarek se po odboju vrne točno nazaj vzdolž sekundarne ali glavne optične osi.

Žarek 2 je vzporeden z glavno optično osjo zrcala. Ta žarek po odboju gre skozi žarišče zrcala.

Žarek 3, ki prehaja od točke predmeta skozi žarišče zrcala. Po odboju od ogledala gre vzporedno z glavno optično osjo.

Žarek 4, ki pade na zrcalo na njegovem polu, se bo odbil nazaj simetrično glede na glavno optično os. Za izdelavo slike lahko uporabite kateri koli par teh žarkov.

Ko zgradite slike zadostnega števila točk razširjenega predmeta, lahko dobite predstavo o položaju slike celotnega predmeta. V primeru preproste oblike predmeta, prikazane na sl. 213 (odsek, pravokoten na glavno os), je dovolj, da zgradimo samo eno točko slike. Pri vajah so obravnavani nekateri bolj zapleteni primeri.

Na sl. 210 je dobilo geometrijske konstrukcije slik za različne položaje predmeta pred ogledalom. riž. 210, v - predmet je postavljen med ogledalo in fokus - ponazarja gradnjo virtualne slike z nadaljevanjem žarkov za ogledalom.

riž. 214. Konstrukcija slike v konveksnem sferičnem zrcalu.

Na sl. 214 je podan primer konstrukcije slike v konveksnem zrcalu. Kot smo že omenili, se v tem primeru vedno pridobijo virtualne slike.

Za gradnjo slike v leči katere koli točke predmeta, pa tudi pri gradnji slike v ogledalu, je dovolj, da poiščemo presečišče vseh dveh žarkov, ki izhajata iz te točke. Najenostavnejša konstrukcija se izvede z uporabo žarkov, prikazanih na sl. 215.

riž. 215. Različne tehnike za konstruiranje slike v objektivu

Žarek 1 gre vzdolž sekundarne optične osi brez spreminjanja smeri.

Žarek 2 pade na lečo vzporedno z glavno optično osjo; lomljen, ta žarek prehaja skozi zadnje žarišče.

Žarek 3 prehaja skozi sprednji fokus; lomljen, gre ta žarek vzporedno z glavno optično osjo.

Konstrukcija teh žarkov poteka brez težav. Vsak drug žarek, ki prihaja iz točke, bi bilo veliko težje konstruirati - morali bi neposredno uporabiti zakon loma. Toda to ni potrebno, saj bo po končani konstrukciji vsak lomljeni žarek šel skozi točko .

Opozoriti je treba, da pri reševanju problema konstruiranja slike izven osnih točk sploh ni nujno, da izbrani najpreprostejši pari žarkov dejansko prehajajo skozi lečo (ali ogledalo). V mnogih primerih je na primer pri fotografiranju predmet veliko večji od leče, žarka 2 in 3 (slika 216) pa ne prehajata skozi objektiv. Vendar pa lahko te žarke uporabimo za gradnjo slike. Pravi žarek u, ki sodeluje pri oblikovanju slike, je omejen z okvirjem leče (osenčeni stožci), vendar se seveda konvergira na isti točki, saj je dokazano, da se pri lomu v leči slika a točkovni vir je spet točka.

riž. 216. Gradnja slike v primeru, ko je predmet veliko večji od leče

Poglejmo si nekaj tipičnih primerov slike v objektivu. Upoštevali bomo, da je leča konvergentna.

1. Predmet je od leče, na razdalji, večji od dvakratne goriščne razdalje. To je običajno položaj motiva pri fotografiranju.

riž. 217. Gradnja slike v objektivu, ko je predmet za dvojno goriščno razdaljo

Konstrukcija slike je podana na sl. 217. Ker , Nato po formuli leče (89.6)

,

slika leži med zadnjim fokusom in tanko lečo, ki se nahaja na dvakratni goriščni razdalji od optičnega središča leče. Slika je obrnjena (obrnjena) in zmanjšana, saj je v skladu s formulo povečave

2. Opažamo pomemben poseben primer, ko na lečo pade snop žarkov, ki so vzporedni z neko stransko optično osjo. Podoben primer se zgodi, na primer, pri fotografiranju zelo oddaljenih razširjenih predmetov. Konstrukcija slike je podana na sl. 218.

V tem primeru slika leži na ustrezni sekundarni optični osi, na točki njenega presečišča z zadnjo goriščno ravnino (tako imenovana ravnina, pravokotna na glavno os in poteka skozi zadnje žarišče leče).

riž. 218. Konstrukcija slike v primeru, ko na lečo pade snop žarkov, vzporeden s stransko optično osjo.

Točke goriščne ravnine pogosto imenujemo žarišča ustreznih stranskih osi, pri čemer ime glavni fokus pušča za točko, ki ustreza glavni osi.

Razdalja ostrenja od glavne optične osi leče in kot med obravnavano sekundarno osjo in glavno osjo sta očitno povezana s formulo (slika 218)

3. Motiv leži med točko na dvakratni goriščni razdalji in sprednjim fokusom – normalni položaj motiva, ko ga projicira projekcijska svetilka. Za preučevanje tega primera zadostuje, da uporabimo lastnost reverzibilnosti slike v objektivu. Upoštevali bomo vir (glej sliko 217), potem bo slika. Zlahka je videti, da je v obravnavanem primeru slika inverzna, povečana in leži na razdalji od leče, večji od dvakratne goriščne razdalje.

Koristno je opozoriti na poseben primer, ko je predmet na razdalji, ki je enaka dvakratni goriščni razdalji od leče, tj. Nato po formuli leče

,

torej tudi slika leži na dvakratni goriščni razdalji od leče. Slika je v tem primeru obrnjena. Za povečanje, najdemo

slika ima enake dimenzije kot subjekt.

4. Zelo pomemben je poseben primer, ko je vir v ravnini, pravokotni na glavno os leče in poteka skozi sprednji fokus.

Ta ravnina je tudi goriščna ravnina; imenujemo ga sprednja goriščna ravnina. Če se točkovni vir nahaja na kateri koli od točk goriščne ravnine, torej v enem od sprednjih žarišč, potem iz leče izhaja vzporedni žarek žarkov, usmerjen vzdolž ustrezne optične osi (slika 219). Kot med to osjo in glavno osjo ter razdaljo od vira do osi sta povezana s formulo

5. Objekt leži med sprednjim fokusom in objektivom, t.j. V tem primeru je slika neposredna in namišljena.

Konstrukcija slike v tem primeru je prikazana na sl. 220. Ker , za povečanje imamo

slika je povečana. K temu primeru se bomo vrnili, ko bomo obravnavali zanko.

riž. 219. Viri in ležijo v sprednji goriščni ravnini. (Sarki žarkov izhajajo iz leče vzporedno s stranskimi osmi, ki potekajo skozi izvorne točke)

riž. 220. Gradnja slike v primeru, ko predmet leži med sprednjim fokusom in lečo

6. Izdelava slike za divergentno lečo (slika 221).

Slika v divergentni leči je vedno namišljena in neposredna. Končno, saj je slika vedno zmanjšana.

riž. 221. Gradnja slike v divergentni leči

Upoštevajte, da pri vseh konstrukcijah žarkov, ki prehajajo skozi tanko lečo, morda ne upoštevamo njihove poti znotraj same leče. Pomembno je le poznati lokacijo optičnega centra in glavnih žarišč. Tako lahko tanko lečo predstavimo z ravnino, ki poteka skozi optično središče pravokotno na glavno optično os, na kateri je treba označiti položaje glavnih žarišč. Ta ravnina se imenuje glavna ravnina. Očitno je, da žarek, ki vstopa v lečo in zapušča lečo, poteka skozi isto točko glavne ravnine (slika 222, a). Če na risbah ohranimo obrise leče, potem le za vizualno razliko med konvergentnimi in divergentnimi lečami; za vse konstrukcije pa so ti obrisi odveč. Včasih se za večjo preprostost risbe namesto obrisov leče uporablja simbolna slika, prikazana na sl. 222b.

riž. 222. a) Zamenjava leče z glavno ravnino; b) simbolna podoba konvergentne (levo) in divergentne (desno) leče; c) zamenjava zrcala z glavno ravnino

Podobno lahko sferično zrcalo predstavimo z glavno ravnino, ki se dotika površine krogle na polu zrcala, kar na glavni osi označuje položaj središča krogle in glavnega žarišča. Položaj označuje, ali imamo opravka s konkavnim (zbiralnim) ali konveksnim (difuzijskim) zrcalom (slika 222, c).