Optik geometris adalah cabang khusus optik fisik, yang tidak membahas sifat cahaya, tetapi mempelajari hukum gerak sinar cahaya dalam media transparan. Mari kita lihat lebih dekat undang-undang ini di artikel, dan juga berikan contoh penggunaannya dalam praktik.
Perambatan sinar dalam ruang homogen: sifat penting
Semua orang tahu bahwa cahaya adalah gelombang elektromagnetik, yang untuk beberapa fenomena alam dapat berperilaku seperti aliran energi kuanta (fenomena efek fotolistrik dan tekanan cahaya). Optik geometris, sebagaimana disebutkan dalam pendahuluan, hanya membahas hukum perambatan cahaya, tanpa mempelajari sifatnya.
Jika berkas cahaya bergerak dalam medium transparan homogen atau dalam ruang hampa dan tidak menemui hambatan apapun dalam perjalanannya, maka berkas cahaya akan bergerak dalam garis lurus. Fitur ini menyebabkan perumusan prinsip waktu paling sedikit (prinsip Fermat) oleh orang Prancis Pierre Fermat pada pertengahan abad ke-17.
Fitur penting lainnya dari sinar cahaya adalah kemandiriannya. Ini berarti bahwa setiap sinar merambat di ruang angkasa tanpa "perasaan"balok lain tanpa berinteraksi dengannya.
Akhirnya, sifat ketiga cahaya adalah perubahan kecepatan rambatnya ketika berpindah dari satu bahan transparan ke bahan transparan lainnya.
Tiga sifat sinar cahaya yang ditandai digunakan dalam derivasi hukum pemantulan dan pembiasan.
Fenomena refleksi
Fenomena fisik ini terjadi ketika seberkas cahaya menabrak penghalang buram yang jauh lebih besar daripada panjang gelombang cahaya. Fakta pemantulan adalah perubahan tajam dalam lintasan sinar dalam medium yang sama.
Asumsikan bahwa seberkas cahaya tipis jatuh pada bidang buram dengan sudut 1 terhadap N normal yang ditarik ke bidang ini melalui titik di mana berkas mengenainya. Kemudian sinar dipantulkan dengan sudut tertentu 2 terhadap normal yang sama N. Fenomena pemantulan mengikuti dua hukum utama:
- Kejadian pantul cahaya dan N normal terletak pada bidang yang sama.
- Sudut pantul dan sudut datang berkas cahaya selalu sama (θ1=θ2).
Penerapan fenomena pemantulan dalam optika geometri
Hukum pemantulan berkas cahaya digunakan saat membuat gambar objek (nyata atau imajiner) di cermin berbagai geometri. Geometri cermin yang paling umum adalah:
- cermin datar;
- cekung;
- cembung.
Cukup mudah untuk membangun gambar di salah satu dari mereka. Di cermin datar, selalu ternyata imajiner, memiliki ukuran yang sama dengan objek itu sendiri, langsung, di dalamnyasisi kiri dan kanan dibalik.
Gambar pada cermin cekung dan cembung dibuat menggunakan beberapa sinar (sejajar dengan sumbu optik, melewati fokus dan melalui pusat). Jenisnya tergantung pada jarak objek dari cermin. Gambar di bawah menunjukkan cara membuat bayangan pada cermin cembung dan cermin cekung.
Fenomena pembiasan
Terdiri dari pemutusan (pembiasan) sinar ketika melintasi batas dua media transparan yang berbeda (misalnya, air dan udara) pada sudut ke permukaan yang tidak sama dengan 90 o.
Deskripsi matematis modern dari fenomena ini dibuat oleh orang Belanda Snell dan orang Prancis Descartes pada awal abad ke-17. Menyatakan sudut 1 dan 3 untuk sinar datang dan sinar bias relatif terhadap N normal terhadap bidang, kami menulis ekspresi matematika untuk fenomena pembiasan:
1sin(θ1)=n2sin(θ 3).
Kuantitas n2dan n1adalah indeks bias media 2 dan 1. Mereka menunjukkan berapa kecepatan cahaya di dalam medium berbeda dengan di ruang hampa udara. Misalnya, untuk air n=1,33, dan untuk udara - 1.00029. Anda harus tahu bahwa nilai n adalah fungsi dari frekuensi cahaya (n lebih besar untuk frekuensi yang lebih tinggi daripada yang lebih rendah).
Penerapan fenomena pembiasan dalam optika geometri
Fenomena yang dijelaskan digunakan untuk membangun gambar dilensa tipis. Lensa adalah benda yang terbuat dari bahan transparan (kaca, plastik, dll.) yang dibatasi oleh dua permukaan, setidaknya satu di antaranya memiliki kelengkungan bukan nol. Ada dua jenis lensa:
- berkumpul;
- hamburan.
Lensa konvergen dibentuk oleh permukaan cembung sferis (bola). Pembiasan sinar cahaya di dalamnya terjadi sedemikian rupa sehingga mereka mengumpulkan semua sinar paralel pada satu titik - fokus. Permukaan hamburan dibentuk oleh permukaan transparan cekung, jadi setelah sinar paralel melewatinya, cahaya dihamburkan.
Konstruksi gambar dalam lensa dalam tekniknya mirip dengan konstruksi gambar pada cermin bola. Anda juga perlu menggunakan beberapa sinar (sejajar dengan sumbu optik, melewati fokus dan melalui pusat optik lensa). Sifat bayangan yang diperoleh ditentukan oleh jenis lensa dan jarak objek ke sana. Gambar di bawah ini menunjukkan teknik untuk memperoleh gambar suatu objek dalam lensa tipis untuk berbagai kasus.
Perangkat beroperasi menurut hukum optik geometris
Yang paling sederhana adalah kaca pembesar. Ini adalah lensa cembung tunggal yang memperbesar objek nyata hingga 5 kali.
Alat yang lebih canggih, yang juga digunakan untuk memperbesar objek, adalah mikroskop. Ini sudah terdiri dari sistem lensa (setidaknya 2 lensa konvergen) dan memungkinkan Anda untuk mendapatkan peningkatanbeberapa ratus kali.
Terakhir, instrumen optik penting ketiga adalah teleskop yang digunakan untuk mengamati benda langit. Ini dapat terdiri dari sistem lensa, kemudian disebut teleskop bias, dan sistem cermin - teleskop reflektif. Nama-nama ini mencerminkan prinsip kerjanya (pembiasan atau pemantulan).
