Geometrická optika Aké štúdie, zákony, aplikácie, cvičenia

Ten Geometrická optika Je to odvetvie fyziky, ktorá sa sústreďuje na štúdium toho, ako sa svetlo šíri a odráža, keď prechádza z jedného média na druhé, bez ohľadu na účinky difrakcie.

Týmto spôsobom je svetlo geometricky reprezentované lúčmi, imaginárne čiary kolmé na čelné čelné čely.

Svetelné lúče vychádzajú zo svetelných zdrojov, ako je Slnko, plameň alebo žiarovka, šíria sa vo všetkých smeroch. Povrchy čiastočne odrážajú tieto lúče svetla, a preto ich vidíme, vďaka tomu, že oči obsahujú prvky citlivé na svetlo.

Vďaka liečbe Ray Geometric Optics nezohľadňuje zvlnené aspekty svetla, ale skôr vysvetľuje, ako sa obrázky tvoria v očiach, zrkadlách a projektoroch, kde sa robia a ako sa objavujú.

Základné princípy geometrickej optiky sú odraz a refrakcia svetla. Svetelné lúče ovplyvňujú určité uhly na povrchoch, s ktorými sa nachádza, a vďaka tomu jednoduchá geometria pomáha sledovať stopu jej trajektórie v každom médiu.

To vysvetľuje každodenné veci, ako je napríklad pozorovanie nášho obrazu v kúpeľnom zrkadle, videnie čajovej lyžičky, ktorá sa zdá byť ohýbala vo vnútri skla plného vody alebo zlepšuje zraku primeranými okuliarmi.

Potrebujeme svetlo na interakciu s prostredím, takže ich správanie vždy ohromilo pozorovateľov, ktorí sa pýtali na svoju povahu.

[TOC]

Aké štúdie geometrická optika? (Predmet štúdie)

Geometric Optics študuje šírenie svetla vo vákuu av rôznych médiách bez vysvetlenia, z čoho jeho skutočná povaha pozostáva. Na tento účel využíva jednoduchý model lúčov a geometrie.

Ray je trajektória, že svetlo pokračuje v určitom priehľadnom médiu, čo je vynikajúci prístup, pokiaľ je vlnová dĺžka malá v porovnaní s veľkosťou objektov.

Môže vám slúžiť: Barrada Spiral Galaxy: Formation, Evolution, Charakteristika

Toto je splnené vo veľkej časti každodenných prípadov, ako sú tie, ktoré sa spomenuli na začiatku.

Existujú dva základné priestory geometrickej optiky:

-Svetlo sa šíri priamym spôsobom.

-Pri šírení rôznymi prostriedkami tak svetlo robí podľa empirických zákonov, to znamená, získané z experimentovania.

Základné koncepty v geometrickej optike

Index lomu

Rýchlosť svetla v materiálnom médiu je iná ako rýchlosť vákua. Tam vieme, že je to 300.000 km/s, ale vo vzduchu je len o niečo nižšie a ešte viac vo vode alebo skle.

Index lomu je ďalšie množstvo, ktoré je definované ako pomer medzi rýchlosťou, s akou sa svetlo pohybuje vo vákuu c_ani A rýchlosť c  V tom médiu:

n = c_ani / c

Optická cesta

Zdroj: Slideshare.slepo

Je to produkt medzi vzdialenosťou, ktorú prechádza svetlom, aby prešiel z jedného bodu do druhého, a indexom lomu média:

L = s. n

Kde L je optická cesta, S je vzdialenosť medzi dvoma bodmi a N predstavuje index lomu, konštantný predpoklad.

Prostredníctvom optickej cesty sa porovnávajú lúče svetla, ktorý sa pohybuje v rôznych médiách.

Uhol výskytu

Tu sa uhol incidencie nazýva 9_{1 .} Zdroj: Josell7/CC By-SA (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)

Je to uhol, ktorý tvorí svetlý lúč s normálnou čiarou na povrch, ktorý oddeľuje dve médiá.

Zákony o geometrickej optici

Fermat

Fermat princíp v prípade refrakcie svetla na rovnom povrchu medzi vzduchom a vodou. Objekt bod A vo vzduchu a pozorovací bod B vo vode. Bod lomu P je ten, ktorý minimalizuje čas potrebný na to, aby svetlo cestovalo po ceste APB. Zdroj: Klaus-Dieter Keller / CC0

Francúzsky matematik Pierre de Fermat (1601-1665) povedal:

Keď lúč svetla prechádza medzi dvoma bodmi, postupujte podľa tejto trajektórie, v ktorej trvá minimálny čas.

A keďže sa svetlo pohybuje konštantnou rýchlosťou, jej trajektória musí byť priamočiara.

Inými slovami, princíp fermatu uvádza, že trajektória bleskového svetla je taká, že optická cesta medzi dvoma bodmi je minimálna.

Reflexia

Ovplyvnením povrchu, ktorý oddeľuje dva rôzne prostriedky, sa časť dopadajúceho lúča - alebo všetko - odráža späť a robí tak s rovnakým uhlom meraným vzhľadom na normálny k povrchu, ktorým ovplyvnil.

Môže vám slúžiť: priamy pohyb: Charakteristiky, typy a príkladyPríklad zákona reflexie. Zdroj: Zátonyi Sandor (IFJ.)/Cc By-SA (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/3.0)

Inými slovami, uhol výskytu sa rovná uhlu odrazu:

 θ_Jo = 9_{Jo '}

Zákon

Snellov zákon. Zdroj: Wikimedia Commons. Josel7 [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]

Holandský matematický.

Videl, že keď lúč svetla ovplyvňuje povrch, ktorý oddeľuje dve médiá a vytvára s ním určitý uhol, časť blesku sa odráža späť k prvému médiu a druhá sleduje jeho cestu druhou cestou.

Preto odvodil nasledujúci vzťah medzi oboma médiami:

n_{1 ⋅} hriech₁ = n_{2 ⋅} hriech₂

Kde₁ a n₂ Sú príslušné Refrakčné indexy, zatiaľ čo θ₁ a  θ₂  Sú uhly incidencie a lomu, merané vzhľadom na normálny k povrchu, podľa vyššie uvedeného obrázka.

Žiadosti

Zrkadlá a šošovky

Šošovky sú zariadenia založené na geometrickej optike, ktoré sa okrem iného používajú na zlepšenie vízie. Zdroj: Pixabay.

Zrkadlá sú veľmi leštené povrchy, ktoré odrážajú svetlo objektov, čo umožňuje tvorbu obrazu. Ploché zrkadlá, ako sú zrkadlá v kúpeľni alebo tie, ktoré sú prepravené v peňaženke.

Objektív pozostáva z optického zariadenia s dvoma veľmi blízkymi refrakčnými povrchmi. Keď lúč rovnobežného lúča prechádza konvergentnou šošovkou, zbiehajú sa v bode a vytvára obrázok. Pokiaľ ide o divergentnú šošovku, nastane opak: lúče potápania lúča.

Šošovky sa často používajú na opravu refrakčných defektov oka, ako aj v rôznych nástrojoch optického zväčšenia.

Optické nástroje

Existujú optické nástroje, ktoré umožňujú zväčšovanie obrázkov, pre príklady mikroskopov, zväčšenia a ďalekohľady. Existuje tiež pohľad nad úrovňou očí, ako sú periskopéry.

Môže vám slúžiť: paramagnetizmus

Na zachytenie a zachovanie obrázkov máte fotoaparáty, ktoré obsahujú systém objektívu a registračný prvok na uloženie vytvoreného obrázka.

Optické vlákno

Je to dlhý, tenký a priehľadný materiál založený na oxidu kremičitve alebo plaste, ktorý sa používa na prenos údajov. Využíva sa vlastnosť celkového odrazu: keď svetlo dosiahne médium s určitým uhlom, nedochádza k refrakcii, preto blesk môže cestovať na veľké vzdialenosti a odráža sa vo vlákne.

Cvičenie

Objekty v pozadí bazén alebo rybník Zdá sa, že sú bližšie, ako skutočne nájdu, čo je spôsobené lomom. Ako zjavná hĺbka pozorovateľ vidí mincu, ktorá je na spodku 4 m hlbokého bazéna?

Predpokladajme, že lúč, ktorý vychádza z meny, dosahuje oko pozorovateľa s uhlom 40 °, vzhľadom na normálne.

Minca v dolnej časti bazénu vyzerá bližšie, keď sa pozerá zhora zhora. Zdroj: f. Zapata.

Údaje: Index refrakcií vody je 1.33, vzduch je 1.

Riešenie

Zjavná hĺbka meny je S 'a hĺbka fondu je s = 4 m. Mena je v bode Q a pozorovateľ ju vidí v bode Q '. Hĺbka tohto bodu je:

s '= s - q'q

Snellovho zákona:

n_b ⋅ sen 40 ° = n_do ⋅ Sin θ_r

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

θ_r = Arcsen (0.4833) = 28.9 °

Poznanie tohto uhla vypočítame vzdialenosť d = ov od pravého trojuholníka, ktorého akútny uhol je θ_r:

Takže 28.9 ° = ov/4 m

Ov = 4 m × opálenie 28.9 ° = 2.154 m

Okrem::

Opálenie 50 ° = oq '/ov

Preto:

OQ '= OV × Tan 50 ° = 2.154 m × opálenie 50 ° = 2.57 m.

Odkazy

1. Bauer, w. 2011. Fyzika pre inžinierstvo a vedy. Zväzok 2. MC Graw Hill.
2. Figueras, m. Geometrická optika: optika bez vĺn. Otvorená univerzita v Katalánsku.
3. Giancoli, D.  2006. Fyzika: Princípy s aplikáciami. 6. Ed Prentice Hall.
4. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fyzika pre vedu a inžinierstvo. Zväzok 2. 7. Edimatizovať. Učenie sa.
5. Tippens, P. 2011. Fyzika: Koncepty a aplikácie. 7. vydanie. McGraw Hill.