4. Принцип Ферма. Основні закони геометричної оптики. Повне внутрішнє відбиття.

Основним геометрично-оптичним принципом є принцип Ферма. Він стверджує, що світло розповсюджується із однієї точки в іншу по відстані, що потребує мінімального часу порівняно з будь-яким іншим геометричним можливим шляхом між цими точками.

Всі основні закони встановлені дослідним шляхом. Їх всього чотири:

1. Закон прямолінійного розповсюдження світла.

2. Закон незалежного розповсюдження світла.

3. Закон відбиття.

4. Закон заломлення і повного внутрішнього відбиття.

Лекція №2

5. Плоске дзеркало. Система двох дзеркал: паралельних і між

якими є кут.

Дзеркало – це оптична деталь, обмежена однією відбиваючою поверхнею ( плоскою, сферичною, або асферичною).

Дзеркало може бути:

а). з зовнішнім відбиттям.

- нормаль.

Рис.2.1. Дзеркало із зовнішнім відбиттям

б). з внутрішнім відбиттям.

Рис 2.2. Дзеркало із внутрішнім відюиттям

З курсу оптики відомо правило: при нахилі нормалі дзеркала на кут  відбитий промінь змінить свій напрям на кут 2. Це є в основі підвищення точності всіх автоколімаційних приладів.

Якщо між паралельними відбиваючими площинами проходить промінь, то падаючий і вихідний промені будуть паралельні, але матимуть зміщення, яке буде характеризуватися величиною відстані  між дзеркалами і кутом падіння променя.На цьому принципі побудований геодезичний прилад – екер, де кут між дзеркалами є 45⁰, а тому кут між падаючим і відбиваючим променями дорівнює 90⁰.

Рис.2.3. Паралельні Рис.2.4.Принцип

відбиваючі площини еккера

6. Лінзи. Їх види. Оптичні деталі з плоскими заломлюючими поверхнями.

Лінза – прозора оптична деталь, обмежена двома заломлюючими поверхнями (або однією плоскою і однією сферичною поверхнею).

Лінзи найбільш поширені оптичні деталі. Вони бувають двох типів: позитивні ( збиральні) і негативні ( розсіювальні).

Рис.2.4.

а). двовипукла лінза в). меніск позитивний

б). випуклоплоска

Відповідно до позитивних є негативні лінзи:

Рис.2.5.

а). двовгнута лінза в). меніск негативний

б). плосковогнута

Пряма С₁ С₂, що з`єднує центри сферичних поверхонь лінз, або перпендикуляр, опущений із центра сфери на плоску поверхню лінзи, називається оптичною віссю лінзи.

Лінза збирає падаючі промені в одну точку, що лежить на оптичній вісі. Цю точку називають фокусом, а відстань f – фокусною відстанню лінзи.

Відношення називається оптичною силою лінзи.

За одиницю вимірювання оптичної сили приймається діоптрія, що дорівнює фокусній відстані 1м.

Рис.2.6.Фокусна відстань лінзи

Оптичні деталі з плоскими заломлюючими поверхнями.

Якщо в оптичній деталі дві поверхні ( плоскі і паралельні ),то така деталь називається пластиною.

В приладах пластини використовують:

а). як світлофільтри – для зміни щільності;

б). як шкала – для вимірювання;

в). як сітка – для спостереження.

7. Види призм. Відбивні призми, їх застосування, позначення і

типи. Оптичний клин.

Призмою називається оптична деталь, що обмежена заломлюючими, відбиваючими плоскими поверхнями, розташованими під кутом одна до одної.

Призми розподіляються на:

1. Відбивні призми, що використовуються в геодезичних приладах для:

а). зміни напряму оптичної вісі (ломана вісь в астрономічному універсалі);

б). зміни напряму лінії візування (окулярна призма оптичного мікрометра);

в). обернення зображення;

г). Поділу зображення в полі зору.

2.Для заломлення променя в далекомірах на постійний кут.

Відбивні призми позначають двома буквами і числом градусів, на який відхиляється промень. Перша буква вказує число відбиваючих граней (А – 1 грань, Б – 2 грані, В – 3 грані). Друга буква характеризує геометрію призми ( Р – рівнобедрена, С – ромбічна, П – пентапризма).

Основні типи призм:

Рис.2.7.

а). прямокутна з однією відбиваючою гранню – вона змінює напрям на 90⁰ і дає дзеркальне зображення.

Рис.2.8.

б). прямокутна з двома відбиваючими гранями - змінює напрям на 180⁰, зберігає вид зображення.

Призма широко використовується в автоколімаційних вимірюваннях, так як має особливу властивість: при обертанні навкруги ребра вихідний промінь не змінює свого положення.

Рис.2.9.

в) призма – ромб – нічого не змінює , зміщує зображення

Рис.2.10.

г) пента призма – змінює напрям на 90⁰і дає пряме зображення.

Якщо кут між заломлюючими поверхнями <5⁰, то така призма називається клином. Відомо, що кут відхилення клину дорівнює:

(2.1), де

- заломлюючий кут клинка;

- показник заломлення клинка.

Рис 2.11. Оптичний клин