39. Mga elemento ng geometriko optika. Mga pangunahing batas ng optika. Buong pagmuni-muni.
Optika (mula sa Greek. optike - visual) - isang seksyon ng pisika na nag-aaral sa likas at katangian ng ilaw, ang mga proseso ng radiation at pagpapalaganap nito, ang pakikipag-ugnayan ng ilaw sa bagay. Ang mga optika ay nag-aaral ng isang malawak na hanay ng mga electromagnetic waves, na sumasakop sa ultraviolet, nakikita at infrared na mga rehiyon.
1. 1. Mga Elemento ng geometric optika.
Mga geometric na optika - Ito ay isang sangay ng pisika kung saan ang isang light ray ay kinakatawan ng isang tuwid na linya kasama ang ilaw ng enerhiya na kumakalat. Ang mga batas ng geometric optika ay ginagamit upang bumuo ng mga imahe kapag ang ilaw ay dumadaan sa optical system. Ito ang mga sumusunod na batas:
1. Ang batas ng rectilinear pagpapalaganap ng ilaw nagmumungkahi na sa isang homogenous transparent medium, ang ilaw ay nagpapalaganap ng hugis-parihaba, tulad ng ebidensya sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang anino na may matalim na mga hangganan mula sa isang malabo na ilaw ng ilaw ng isang maliit na mapagkukunan ng ilaw.
2. Ang batas ng kalayaan ng light ray. Kapag pinagsama sa iba, ang bawat light ray ay kumikilos nang nakapag-iisa sa iba pang mga sinag, i.e. ang prinsipyo ng superposition ay totoo.
Kung ang isang sinag ng ilaw ay bumagsak sa hangganan ng dalawang transparent media, kung gayon ang insidente na ray 1 ay bifurcated na makikita sa 2 at refracted 3 (Larawan 1.1). Mga anggulo ako, ako’ at ray tinatawag na mga anggulo ng saklaw, pagninilay at pagwika, ayon sa pagkakabanggit.
3. Batas ng magaan na pagmuni-muni. Ang light light beam sa hangganan ng dalawang media, normal na iginuhit sa punto ng saklaw, at ang nakalarawan na sinag ay namamalagi sa parehong eroplano; ang anggulo ng saklaw ay pantay sa anggulo ng pagmuni-muni ako = ako’ (Larawan 1.1).
4. Ang batas ng pagwawasto ng ilaw. Ang isang insidente ng sinag sa interface sa pagitan ng dalawang media, isang refracted ray, at isang normal na naibalik sa saklaw ng saklaw ay namamalagi sa parehong eroplano; ang ratio ng sine ng anggulo ng saklaw sa ang sine ng anggulo ng pagwawasto ay isang pare-pareho para sa dalawang naibigay na media (ang batas ni Snell):
saan n 21 ay isang kamag-anak na tagapagpahiwatig ng pangalawang kapaligiran na nauugnay sa una.
n 21 = n 2 /n 1 ,
saan n 2 at n 1 - ganap na refractive indeks ng pangalawa at unang media.
Ganap na refractive index sangkap na tinatawag na halaga ng n, katumbas ng ratio ng bilis ng ilaw sa vacuum sa bilis ng ilaw υ sa isang naibigay na kapaligiran: n= c/ υ
. Hayaan sa unang kapaligiran n 1 = c/ υ
1, at sa pangalawa n 2 = c/ υ
2 pagkatapos 
. Kaya, ang pisikal na kahulugan ng kamag-anak na refractive index ay ipinapakita nito kung gaano karaming beses ang bilis ng ilaw sa isang daluyan ay mas malaki kaysa sa iba pa.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni.
Sa 
ang isang materyal na may mas malaking absolute refractive index ay isinasaalang-alang na mas mahusay. Hayaan ang ilaw na beam ay pumasa mula sa isang optically denser medium sa isang optically na hindi gaanong siksik, i.e. n 2 < n 1. Kasunod ito mula sa batas ni Snell na ako< r. Kung madaragdagan mo ang anggulo ng saklaw (Fig. 1.2), maaari kang makahanap ng ganoong anggulo ako pr, kung saan ang anggulo ng pagwawasto r nagiging pantay sa π / 2 (ray 3-3 '). Ang ganoong anggulo ako tawag sa pr marginal. Sa mga anggulo ng saklaw ako >
ako Ang light beam ay hindi na pumasa sa pangalawang daluyan, ngunit ganap na naipakita mula sa interface. Ang kababalaghan na ito ay tinatawag buong panloob na pagmuni-muni. Kaya, ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay sinusunod lamang sa paglipat mula sa isang mas masidhi hanggang sa isang mas siksik na daluyan at kung kailan ako >
ako atbp Kung, halimbawa, ang beam ay pumasa mula sa baso ( n 1 \u003d 1.5) sa hangin ( n 2 \u003d 1), ang paglilimita ng anggulo ng saklaw ay ≈ 42º.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay malawakang ginagamit sa mga binocular, periscope, optical fibers at refractometer.
Pahina 1
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay nasa gitna ng mga optika ng hibla, kung saan ang imahe ay ipinadala bilang isang resulta ng maraming pagmuni-muni mula sa mga pader ng hibla, habang hanggang sa 99% ng insidente ng light intensity ay pinanatili.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay sumasailalim sa mga optika ng hibla. Ang ilaw ay nagpapalaganap kasama ang isang hibla na may mas mataas na repraktibo na index kaysa sa kapaligiran, at dahil sa kabuuang panloob na pagmuni-muni ay hindi ito lumabas, na inuulit ang mga bends ng hibla (tingnan ang kap.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay nangyayari kapag ang isang sinag ng ilaw ay pumasa mula sa isang mas malawak na daluyan ng daluyan sa isang daluyan na may mas mababang density. Ang pattern ng paghahati ng sinag light light beam sa masasalamin at refracted na mga sangkap para sa kaso ng panloob na pagmuni-muni ay ipinapakita sa eskematiko sa Fig. 7.1. Ayon sa batas ni Snell, ang anggulo ng pagwawasto ay nagiging kumplikado sa kondisyon na ang anggulo ng saklaw 6 ay lumampas sa isang tiyak na kritikal na halaga na tinukoy ng pagkakapantay-pantay Oi p arcsin 2I - Ang isang sinag na nagpapalaganap ng kahilera sa interface ay tumutugma sa isang kritikal na halaga ng anggulo.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni, na kinokontrol ang pagpapalaganap ng ilaw sa mga optical fibers, ay nakilala noong ika-19 na siglo. Ang mga unang hibla ng salamin na walang isang kaluban ay ginawa noong 1920s, gayunpaman, ang pag-unlad ng mga optika ng hibla ay nagsimula lamang sa mga 1950s, nang ang paggamit ng isang layer ng cladding ay humantong sa isang makabuluhang pagpapabuti sa mga katangian ng mga optical fibers. Ang mga hibla ng optika pagkatapos ay mabilis na binuo higit sa lahat na may layunin ng paggamit ng mga optical fiber glass cables para sa paghahatid ng imahe. Ang aklat ng Kapani, na inilathala noong 1967, ay nagbibigay ng isang pangkalahatang-ideya ng mga tagumpay na nakamit ng pagkatapos sa larangan ng mga hibla ng hibla.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni, pagkontrol sa pagpapalaganap ng ilaw sa mga optical fibers, ay kilala noong ika-19 na siglo. Ang mga unang hibla ng salamin na walang isang kaluban ay ginawa noong 1920s, gayunpaman, ang pag-unlad ng mga optika ng hibla ay nagsimula lamang sa mga 1950s, nang ang paggamit ng isang layer ng cladding ay humantong sa isang makabuluhang pagpapabuti sa mga katangian ng mga optical fibers. Ang mga hibla ng optika pagkatapos ay mabilis na binuo higit sa lahat na may layunin ng paggamit ng mga optical fiber glass cables para sa paghahatid ng imahe. Ang aklat ng Kapani, na inilathala noong 1967, ay nagbibigay ng isang pangkalahatang-ideya ng mga tagumpay na nakamit ng pagkatapos sa larangan ng mga hibla ng hibla.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay malawakang ginagamit sa pagsasanay. Ito ang batayan para sa pagtatayo ng maraming mga optical na sumasalamin sa mga prismo. Ang parehong kababalaghan ay nagbabalot sa pag-iilaw ng mga stroke na idineposito sa mga grids ng mga optical na mga instrumento sa pagsukat (Fig.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay malawakang ginagamit sa mga kaso kung saan kinakailangan upang maisakatuparan ang paghahatid ng mga light fluxes nang walang pagkawala ng intensity. Sa nuclear physics, ang mga optical fibers mula sa magagaling o iba pang plastik ay ginagamit upang maglipat ng ilaw na pinalabas ng isang scintillating crystal kapag ang isang ionizing particle ay naglalakbay sa isang photomultiplier, kung saan ang ilaw na ito ay na-convert sa isang kapaki-pakinabang na signal ng elektrikal. Ang photomultiplier ay madalas na matatagpuan na malayo sa scintillating crystal dahil sa kakulangan ng puwang o dahil sa mga magnetic field na nagpapabagabag sa mga pagbasa nito. Kung ang nakahalang sukat ng hibla ay malaki kumpara sa haba ng haba, kung gayon ang pagsasaalang-alang sa itaas para sa isang patag na hangganan ay totoo. Kung ang mga nakahalang sukat ng dielectric ay nasa pagkakasunud-sunod ng haba ng daluyong, kung gayon ang espesyal na pagsasaalang-alang ay kinakailangan na isinasaalang-alang ang tiyak na geometry ng hibla.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay ginagamit sa nababaluktot na mga optical fibers. Kung ang ilaw ay nakadirekta sa dulo ng isang manipis na baras ng baso (hibla), kung gayon ang mga anggulo kung saan nahulog ang mga sinag sa mga dingding ng baras ay lalampas sa anggulo ng limitasyon.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na salamin ay nagpapaliwanag sa kamangha-manghang karanasan sa pagpapakita na inilalarawan sa Fig. 24.2. Ang ilaw ay naganap sa pamamagitan ng isang pahalang na parallel beam sa kahabaan ng isang stream ng tubig na malayang dumadaloy mula sa isang pagbubukas sa gilid ng dingding ng daluyan.
Ang kababalaghan ng kabuuang panloob na salamin ay nagpapaliwanag sa kamangha-manghang karanasan sa pagpapakita na inilalarawan sa Fig. 24.2. Ang ilaw ay naganap sa pamamagitan ng isang pahalang na parallel beam sa kahabaan ng isang stream ng tubig na malayang dumadaloy mula sa isang pagbubukas sa gilid ng dingding ng daluyan. Dahil sa hindi pangkaraniwang bagay ng kabuuang panloob na pagmuni-muni, ang ilaw ay hindi makakalabas sa gilid ng gilid at sumunod sa daloy ng ilog, na kung saan ay inihahambing sa isang hubog na gabay na ilaw.
Ang paggamit ng kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni ay nagbibigay-daan sa iyo upang lumikha ng mga kinakailangang conical na salamin sa pamamagitan ng mas simpleng paraan. Halimbawa, ang isang conical mirror ay maaaring mapalitan ng isang conical prisma na may isang cylindrical hole para sa sample. Isaalang-alang ang pagbabagong-anyo ng isang cylindrical na ibabaw sa isang patag. Ang sitwasyon ay naiiba sa mga bilog kapag ang seksyon ng silindro ay mga eroplano.
Ang pagsasaalang-alang sa kababalaghan ng kabuuang panloob na pagmuni-muni, ang papel na ginagampanan ng meridional at pahilig na mga sinag, ang halaga ng unang kaluban sa hibla at ang kanyang kadakadohan, ang pagkawala ng enerhiya sa hibla dahil sa pagsipsip at pagmumuni-muni sa interface sa pagitan ng pangunahing at kaluban, pati na rin ang bilang ng iba pang mga probisyon, konsepto at kahulugan sa isang unang approximation, makakuha ng isang ideya ng pagpapalaganap ng light ray sa pamamagitan ng mga optical fibers at ang paghahatid ng light energy at mga imahe ng mga bundle ng hibla.
Paglalapat ng buong pagmuni-muni
Gawain
Digital periskope
Narito ang isang teknikal na bago.
Ang tradisyonal na optical channel ng umiiral na periskope ay pinalitan ng mga video na may mataas na resolusyon at mga komunikasyon sa hibla. Ang impormasyon mula sa mga panlabas na surveillance camera ay ipinadala sa real time sa isang malawak na display sa isang sentral na post.
Ang mga pagsusuri ay naganap sa board ng submarino SSN 767 Hampton type Los Angeles. Ang bagong modelo ay ganap na nagbabago sa kasanayan ng pagtatrabaho sa isang periskope na umuunlad sa loob ng mga dekada. Ngayon ang opisyal na namamahala ay gumagana sa mga camera na naka-mount sa boom, inaayos ang display gamit ang joystick at keyboard.
Bilang karagdagan sa pagpapakita sa gitnang post, ang imahe mula sa periskope ay maaaring ipakita sa isang di-makatwirang malaking bilang ng mga display sa anumang silid ng bangka. Ginagawang posible ng mga camera na sabay na obserbahan ang iba't ibang mga sektor ng abot-tanaw, na makabuluhang pinatataas ang rate ng tugon ng relo sa mga pagbabago sa taktikal na sitwasyon sa ibabaw.
Paano ipaliwanag ang "laro ng mga bato"? Sa alahas, ang faceting ng mga bato ay napili upang sa bawat mukha mayroong isang kumpletong pagmuni-muni ng ilaw.
Ang buong panloob na kababalaghan ay nagpapaliwanag ng hindi pangkaraniwang bagay ng isang mirage
Ang isang mirage ay isang optical na kababalaghan sa kapaligiran: ang salamin ng ilaw sa pamamagitan ng hangganan sa pagitan ng malalim na magkakaibang mga layer ng init ng hangin. Para sa tagamasid, ang gayong pagmuni-muni ay binubuo sa katotohanan na kasama ng isang malayong bagay (o bahagi ng kalangitan), ang kanyang imahinasyong imahe ay nakikita, inilipat na kamag-anak sa bagay.
Ang mga Mirage ay nakikilala sa mga mas mababang, nakikita sa ilalim ng bagay, sa itaas, sa itaas ng bagay, at sa mga panig. Ang itaas na mirage ay sinusunod sa itaas ng malamig na ibabaw ng lupa, ang mas mababang mirage ay nasa itaas ng sobrang init na ibabaw, madalas na isang disyerto o aspalto na kalsada. Ang isang haka-haka na imahe ng kalangitan ay lumilikha ng ilusyon ng tubig sa ibabaw. Kaya, ang kalsada na napunta sa layo ay tila basa sa isang mainit na araw ng tag-araw. Ang isang pag-ilid ng salamin ay paminsan-minsan na sinusunod malapit sa sobrang mainit na mga dingding o bato.