ОПТИКА, розділ фізики, в якому розглядаються всі явища, пов'язані зі світлом, включаючи інфрачервоне і ультрафіолетове випромінювання (див. Також ФОТОМЕТРІЯ; РАДІОХВИЛІ).
ГЕОМЕТРИЧНА ОПТИКА
Геометрична оптика грунтується на уявленні про прямолінійній поширенні світла. Головну роль в ній грає поняття світлового променя. У хвильової оптики світловий промінь збігається з напрямком нормалі до хвильового фронту, а в нової - з траєкторією руху частинки. У разі точкового джерела в однорідному середовищі світлові промені є прямі лінії, що виходять з джерела у всіх напрямках. На кордонах розділу однорідних середовищ напрямок світлових променів може змінюватися внаслідок віддзеркалення або заломлення, але в кожній з середовищ вони залишаються прямими. Також відповідно до досвіду приймається, що при цьому напрямок світлових променів не залежить від інтенсивності світла.
Відображення.
Коли світло відбивається від полірованої плоскій поверхні, кут падіння (виміряний від нормалі до поверхні) дорівнює куту відбиття (рис. 1), причому відбитий промінь, нормаль і падаючий промінь лежать в одній площині. Якщо на плоске дзеркало падає світловий пучок, то при відображенні форма пучка не змінюється; він лише поширюється в іншому напрямку. Тому, дивлячись в дзеркало, можна бачити зображення джерела світла (або освітленого предмета), причому зображення здається таким же, як і вихідний об'єкт, але знаходяться за дзеркалом на відстані, рівному відстані від об'єкта до дзеркала. Пряма, що проходить через точковий об'єкт і його зображення, перпендикулярна дзеркала.
Багаторазове відображення.
Коли два дзеркала звернені одне до іншого, зображення, що виникає в одному з них, відбивається в іншому, і виходить цілий ряд зображень, число яких залежить від взаємного розташування дзеркал. У разі двох паралельних дзеркал, коли об'єкт поміщається між ними (рис. 2, а), виходить нескінченна послідовність зображень, розташованих на прямій, перпендикулярній обом дзеркалам. Частина цієї послідовності можна побачити, якщо дзеркала розташовані один від одного на досить великій відстані, щоб можна було зазирнути з боку. Якщо два плоских дзеркала утворюють прямий кут, то кожне з двох первинних зображень відбивається в другому дзеркалі, але при цьому вторинні зображення збігаються, так що в результаті вийде всього три зображення (рис. 2, б). При менших кутах між дзеркалами можна отримати більшу кількість зображень; всі вони розташовані на окружності, що проходить через об'єкт, з центром в точці на лінії перетину дзеркал. Зображення, які дають плоскі дзеркала, завжди уявні - вони не формуються реальними світловими пучками і тому не можуть бути отримані на екрані.
Відображення від кривих поверхонь.
Відображення від кривих поверхонь відбувається за тими ж законами, що і від прямих, причому нормаль в точці відображення проводиться перпендикулярно дотичній площині в цій точці. Найпростіший, але найважливіший випадок - відображення від сферичних поверхонь. В цьому випадку нормалі збігаються з радіусами. Тут можливі два варіанти:
1. Увігнуті дзеркала: світло падає зсередини на поверхню сфери. Коли пучок паралельних променів падає на увігнуте дзеркало (рис. 3, а), відбиті промені перетинаються в точці, розташованій на половині відстані між дзеркалом і центром його кривизни. Ця точка називається фокусом дзеркала, а відстань між дзеркалом і цією точкою - фокусною відстанню. Відстань s від об'єкта до дзеркала, відстань s ў від дзеркала до зображення і фокусна відстань f пов'язані формулою
де всі величини слід вважати позитивними, якщо їх вимірювати вліво від дзеркала, як на рис. 4, а. Коли об'єкт знаходиться на відстані, що перевищує фокусну, формується дійсне зображення, але коли відстань s менше фокусної відстані, відстань до зображення s ў стає негативним. При цьому зображення формується за дзеркалом і є уявним.
2. Опуклі дзеркала: світло падає ззовні на поверхню сфери. У цьому випадку після відображення від дзеркала завжди виходить розходиться пучок променів (рис. 3, б), а зображення, яке створюється за дзеркалом, завжди уявне. Положення зображень можна визначити, користуючись тією ж формулою, взявши в ній фокусна відстань зі знаком «мінус».
На рис. 4, а показано увігнуте дзеркало. Зліва у вигляді вертикальної стрілки зображений об'єкт висотою h. Радіус сферичного дзеркала дорівнює R. а фокусна відстань f = R / 2. У цьому прикладі відстань s від дзеркала до об'єкта більше R. Зображення можна побудувати графічно, якщо з нескінченно великого числа світлових променів розглянути три, які виходять із вершини об'єкта. Луч, паралельний головній оптичній осі, після відбиття від дзеркала пройде через фокус. Другий промінь, який потрапляє в центр дзеркала, відіб'ється таким чином, що падаючий і відбитий промені утворюють однакові кути з головною віссю. Перетин цих відбитих променів дасть зображення верхньої точки об'єкта, а повне зображення об'єкта можна отримати, якщо з цієї точки опустити перпендикуляр h ў на головну оптичну вісь. Для перевірки можна простежити за ходом третього променя, що йде через центр кривизни дзеркала і відбивається від нього назад по тому ж самому шляху. Як видно з малюнка, він теж пройде через точку перетину перших двох відбитих променів. Зображення в цьому випадку буде дійсним (воно формується справжніми світловими пучками), перевернутим і зменшеним.
Те ж саме дзеркало представлено на рис. 4, б. але відстань до об'єкта менше фокусної. У цьому випадку після відображення промені утворюють розходиться пучок, а їх продовження перетинаються в точці, яку можна розглядати як джерело, з якого виходить весь пучок. Зображення буде уявним, збільшеним і прямим. Нагоди, представленому на рис. 4, б. відповідає увігнуте дзеркало для гоління, якщо об'єкт (особа) розташовується в межах фокусної відстані.