Geometric optics yog ib ceg tshwj xeeb ntawm lub cev optics, uas tsis cuam tshuam nrog lub teeb, tab sis kawm txog cov cai ntawm kev txav ntawm lub teeb rays hauv cov xov xwm pob tshab. Cia wb mus saib cov kev cai lij choj no hauv tsab xov xwm, thiab kuj muab piv txwv ntawm lawv cov kev siv hauv kev xyaum.
Ray propagation nyob rau hauv homogeneous qhov chaw: cov khoom tseem ceeb
Txhua tus paub tias lub teeb yog hluav taws xob nthwv dej, uas rau qee qhov xwm txheej ntuj tuaj yeem coj zoo li cov kwj ntawm lub zog quanta (qhov tshwm sim ntawm cov nyhuv photoelectric thiab lub teeb siab). Geometric optics, raws li tau sau tseg hauv qhov kev taw qhia, tsuas yog cuam tshuam nrog cov cai ntawm kev nthuav tawm lub teeb, tsis muaj kev cuam tshuam rau lawv qhov xwm txheej.
Yog tias lub teeb txav mus rau hauv qhov nruab nrab pob tshab lossis hauv lub tshuab nqus tsev thiab tsis ntsib qhov teeb meem ntawm nws txoj kev, ces lub teeb yuav txav mus rau hauv txoj kab ncaj nraim. Qhov tshwj xeeb no tau coj mus rau kev tsim lub hauv paus ntsiab lus ntawm lub sijhawm tsawg kawg nkaus (Fermat txoj cai) los ntawm Fabkis tus txiv neej Pierre Fermat nyob rau hauv nruab nrab ntawm lub xyoo pua 17th.
Lwm yam tseem ceeb ntawm lub teeb rays yog lawv txoj kev ywj pheej. Qhov no txhais tau tias txhua txoj kab hluav taws xob nthuav tawm hauv qhov chaw tsis muaj "xav"lwm beam tsis interacting with it.
Thaum kawg, qhov thib peb ntawm lub teeb yog qhov hloov pauv ntawm qhov nrawm ntawm nws qhov kev nthuav tawm thaum tsiv ntawm ib qho khoom pob tshab mus rau lwm qhov.
Lub cim 3 lub zog ntawm lub teeb rays yog siv los ntawm cov kev cai ntawm kev xav thiab kev cuam tshuam.
Reflection phenomenon
Qhov tshwm sim ntawm lub cev no tshwm sim thaum lub teeb ci ntsa iab tsoo qhov teeb meem tsis pom kev loj dua li lub teeb ntawm lub teeb. Qhov tseeb ntawm kev xav yog qhov hloov pauv ntawm txoj hauv kev ntawm cov nqaj hauv tib qhov nruab nrab.
Xav tias lub teeb nyias nyias ntog rau ntawm lub dav hlau opaque ntawm lub kaum sab xis θ1 mus rau qhov qub N kos rau lub dav hlau no mus txog qhov chaw uas lub nqaj tsoo nws. Ces lub beam yog reflected ntawm ib tug tej lub kaum sab xis θ2 rau tib yam N. Qhov tshwm sim ntawm kev xav ua raws ob txoj cai tseem ceeb:
- Qhov xwm txheej cuam tshuam lub teeb ntawm lub teeb thiab N ib txwm pw hauv tib lub dav hlau.
- Lub kaum sab xis ntawm kev xav thiab lub kaum sab xis ntawm qhov teeb meem ntawm lub teeb ci ib txwm sib npaug (θ1=θ 2).
Daim ntawv thov ntawm qhov tshwm sim ntawm kev xav hauv geometric optics
Txoj cai ntawm kev xav ntawm lub teeb ci yog siv thaum tsim cov duab ntawm cov khoom (tiag tiag lossis kev xav) hauv iav ntawm ntau yam geometries. Cov iav geometry feem ntau yog:
- daim iav;
- concave;
- convex.
Nws yooj yim heev los tsim cov duab hauv ib qho ntawm lawv. Nyob rau hauv ib daim iav tiaj tus, nws ib txwm hloov tawm los ua kev xav, muaj qhov loj tib yam li cov khoom nws tus kheej, yog ncaj qha, hauv nws.sab laug thiab sab xis yog thim rov qab.
Cov duab hauv daim iav concave thiab convex yog ua los ntawm ob peb lub rays (piav mus rau qhov kho qhov muag axis, dhau los ntawm kev tsom xam thiab los ntawm qhov chaw). Lawv hom nyob ntawm qhov deb ntawm qhov khoom los ntawm daim iav. Daim duab hauv qab no qhia tau hais tias yuav ua li cas tsim cov duab hauv daim iav convex thiab concave.
Qhov tshwm sim ntawm kev cuam tshuam
Nws muaj nyob rau hauv qhov tawg (refraction) ntawm lub nqaj thaum nws hla ciam teb ntawm ob qhov sib txawv pob tshab (piv txwv li, dej thiab huab cua) ntawm lub kaum sab xis rau saum npoo uas tsis sib npaug li 90 o.
Qhov kev piav qhia lej niaj hnub ntawm qhov tshwm sim no tau tsim los ntawm Dutchman Snell thiab Frenchman Descartes thaum pib ntawm lub xyoo pua 17th. Denoting lub ces kaum θ1 thiab θ3 rau qhov xwm txheej thiab refracted rays txheeb ze rau ib txwm N rau lub dav hlau, peb sau ib tug lej qhia rau lub phenomenon ntawm refraction:
1sin(θ1)=n2sin(θ 3).
Qhov ntau n2and n1yog qhov ntsuas qhov ntsuas ntawm cov xov xwm 2 thiab 1. Lawv qhia tias lub teeb nrawm npaum li cas nyob rau hauv nruab nrab txawv ntawm qhov uas nyob rau hauv airless qhov chaw. Piv txwv li, rau dej n=1.33, thiab rau huab cua - 1.00029. Koj yuav tsum paub tias tus nqi ntawm n yog ib qho kev ua haujlwm ntawm lub teeb zaus (n yog ntau dua rau cov zaus ntau dua li qhov qis dua).
Daim ntawv thov ntawm qhov tshwm sim ntawm refraction hauv geometric optics
Qhov tshwm sim tau piav qhia yog siv los tsim cov duab hauvnyias lo ntsiab muag. Lub lens yog ib yam khoom ua los ntawm cov khoom pob tshab (iav, yas, thiab lwm yam) uas yog bounded los ntawm ob qhov chaw, tsawg kawg yog ib qho uas tsis yog xoom curvature. Muaj ob hom lo ntsiab muag:
- sib sau;
- ncig.
Converging lo ntsiab muag yog tsim los ntawm convex spherical (spherical) nto. Lub refraction ntawm lub teeb rays nyob rau hauv lawv tshwm sim nyob rau hauv xws li ib txoj kev uas lawv sau tag nrho cov parallel rays ntawm ib tug taw tes - lub tsom. Cov nplaim tawg yog tsim los ntawm cov pob tshab pob tshab, yog li tom qab qhov kev sib txuas ntawm cov kab hluav taws xob sib txuas los ntawm lawv, lub teeb tawg tawg.
Kev tsim cov duab hauv lo ntsiab muag hauv nws cov txheej txheem zoo ib yam li kev tsim cov duab hauv cov iav kheej kheej. Nws tseem yuav tsum tau siv ob peb kab teeb (sib npaug mus rau qhov chaw kho qhov muag, dhau los ntawm kev ua kom pom tseeb thiab los ntawm qhov chaw kho qhov muag ntawm lub lens). Qhov xwm txheej ntawm cov duab tau txais yog txiav txim siab los ntawm hom lens thiab qhov nrug ntawm qhov khoom mus rau nws. Daim duab hauv qab no qhia txog cov txheej txheem kom tau txais cov duab ntawm ib qho khoom nyob rau hauv nyias lo ntsiab muag rau ntau yam.
Devices ua haujlwm raws li txoj cai ntawm geometric optics
Qhov yooj yim tshaj plaws ntawm lawv yog iav tsom iav. Nws yog ib qho convex lens uas nthuav cov khoom tiag txog li 5 zaug.
Ib qho cuab yeej siv ntau dua, uas tseem siv los nthuav cov khoom, yog lub tshuab tsom. Nws twb muaj lub lens system (tsawg kawg 2 converging lo ntsiab muag) thiab tso cai rau koj kom tau txais kev nce ntxivntau pua zaus.
Thaum kawg, qhov tseem ceeb thib peb qhov ntsuas qhov muag yog lub koob yees duab siv los soj ntsuam lub cev xilethi-aus. Nws tuaj yeem muaj ob lub lens system, tom qab ntawd nws hu ua refractive telescope, thiab daim iav system - lub tsom iav tsom iav. Cov npe no qhia txog lub hauv paus ntsiab lus ntawm nws txoj haujlwm (refraction lossis reflection).
