Optică geometrică

Desen din secolul al XIII-lea reprezentând fenomenul refracției luminii de către un recipient sferic umplut cu apă.

Optica geometrică este cea mai veche ramură a opticii : studiază fenomenele optice presupunând că lumina se propagă prin raze rectilinii. Din punct de vedere al opticii undelor, este valabil atunci când lumina interacționează numai cu obiecte mai mari decât lungimea ei de undă.

Cu această condiție, singurele fenomene relevante sunt propagarea rectilinie, reflexia (speculară sau difuză, aceasta din urmă numită și difuzie) și refracția și este posibil să se dea o explicație aproximativă, dar suficientă în multe cazuri, a funcționării oglinzilor , prismelor , lentile și sisteme optice construite cu ele.

Descriere

Legea propagării rectilinii

Legea prevede că, în vid, lumina circulă de-a lungul liniilor drepte. Prima formulare a acestui principiu se datorează lui Euclid , chiar dacă conceptul de vid asociat cu mișcarea rectilinie a atomilor a fost introdus cu aproximativ două secole mai devreme de către Democrit .

Același comportament se va aplica a posteriori în cadrul oricărui mediu omogen.

Legile reflecției

Reflecția este fenomenul prin care o congruență ortogonală a razelor care afectează o suprafață de discontinuitate generează o nouă congruență ortogonală a razelor. Legile reflecției afirmă că această nouă rază, numită rază reflectată,

se află în planul definit de raza incidentă și perpendicular pe suprafață în punctul de incidență
formează cu această perpendiculară un unghi cu aceeași lățime și direcție opusă celei formate de raza incidentă.

Legile refracției ( Legea lui Snell )

Refracția este fenomenul prin care este deviată o congruență ortogonală a razelor care traversează o suprafață de discontinuitate (contactul între două materiale diferite). Legile refracției afirmă că

Raza de ieșire se află pe planul definit de raza de intrare și perpendicular pe suprafață în punctul de contact.
Amplitudinile unghiurilor formate de cele două raze față de perpendicular pe suprafață sunt conectate prin relația:

n_{1}\sin \theta _{1}=n_{2}\sin \theta _{2}

{\ displaystyle n_ {1} \ sin \ theta _ {1} = n_ {2} \ sin \ theta _ {2}}

{\ displaystyle n_ {1} \ sin \ theta _ {1} = n_ {2} \ sin \ theta _ {2}}

unde valorile lui n ( indicele de refracție ) depind de materialele din care sunt realizate mediile și de culoarea luminii.

În fenomenele de refracție pe lângă raza refractată, există întotdeauna și o rază reflectată. În cazul în care raza provine din mediu cu un indice de refracție mai mare, cu un unghi astfel încât unghiul de ieșire să fie mai mare de 90 de grade (θ ₁ > arcsen (n ₂ / n ₁ )), raza refractată nu este prezentă și toate lumina este reflectată ( reflexie totală ). Cu toate acestea, indicele pantei n1 trebuie să fie mai mare decât indicele pantei n2.

Toate cele trei legi ale opticii geometrice pot fi deduse din principiul Fermat , dacă presupunem că indicele de refracție este invers proporțional cu viteza luminii în mediul luat în considerare.

Indicii de refracție sunt definiți de legea anterioară, cu excepția cazului în care este o constantă multiplicativă. Acestea sunt determinate în mod convențional presupunând că indicele de refracție al vidului este egal cu 1; știind că viteza luminii este maximă în vid, rezultă că indicele de refracție al tuturor celorlalte substanțe este mai mare de 1.

Variația indicelui de refracție în funcție de culoare determină fenomenul de dispersie cromatică , adică separarea unei raze de lumină albă în spectrul său sexyllino. Dispersia cromatică se află la originea curcubeului și a aberației cromatice .

Bibliografie

( EN ) RA Herman Un tratat de optică geometrică (Cambridge University Press, 1900)
( EN ) ET Whittaker Teoria instrumentelor optice (Cambridge University Press, 1907)
( EN ) JL Synge Geometrical Optics: An Introduction To Hamilton's Method (Cambridge University Press, 1937)
( RO ) Bruno Rossi , Optică , Reading, SUA și Londra, Anglia, Addison-Wesley, 1957, Capitolul 1.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere de optică geometrică

linkuri externe

( EN ) Geometric Optics , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Controlul autorității	Tesauro BNCF 37695 · LCCN (EN) sh85095186 · GND (DE) 4020241-0 · BNF (FR) cb133184579 (data) · NDL (EN, JA) 00.565.763

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica