Геометрическая оптика. Радуга

Тема 2: «Геометрическая оптика. Радуга»
«Радуга – это творение Солнца или природное качество всего сущего?»
- Фэн Цзицай «Полёт души»

Развитие взглядов на природу света
Древние ученые и «щупальца» из глаз
Корпускулярная теория Ньютона (17 век)
Волновая теория Гюйгенса (17 век)
Корпускулярно-волновой дуализм (20 век)

Геометрическая оптика
Световой луч - линия, указывающая направление распространения световой энергии
Направление мы можем определить с помощью выделения узкого светового пучка, диаметр которых должен превосходить длину волны

Геометрическая оптика – раздел оптики, в котором изучаются законы распространения света в прозрачных средах на основе представления о световом луче
Законы геометрической оптики (экспериментальные*):
Закон прямолинейного распространения света;
Закон отражения света;
Закон преломления света;
Закон независимости световых пучков;

Закон прямолинейного распространения света
- в однородной среде световые лучи представляют собой прямые линии, то есть в ней свет распространяется прямолинейно
Пример:
образование тени и полутени
Если бы свет распространялся не прямолинейно, то он мог бы обогнуть предмет. Следовательно, такого явления не наблюдалось бы.

Закон отражения света
- падающий луч, отражённый луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости; угол падения равен углу отражения;
а – луч падающий
b – луч отражённый
Альфа – угол падения
Гамма – угол отражения
ТЕРМИНЫ ВАЖНЫ

Закон преломления света
- падающий луч, преломлённый луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости;
отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, не зависящая от угла падения, она называется относительным показателем преломления второй среды по отношению к первой;

1
2
Причём n21 равен отношению скорости света в первой среде к скорости света во второй среде

Пример:
явление полного внутреннего отражения

Пример: ход луча через плоскопараллельную пластинку

Принцип Ферма
- свет, идущий из одной точки пространства в другую, всегда распространяется по пути, требующему минимального времени

Дисперсия света
«Вид цвета, свойственный каждому отдельному сорту лучей, не изменяется ни преломлением, ни отражением от естественных тел»
«Световые пучки, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости»

Дисперсия – зависимость показателя преломления света (вещества) от его цвета (частоты)
Луч красного цвета преломляется в меньшей степени, следовательно скорость его распространения максимальна
Луч фиолетового цвета преломляется в большей степени, следовательно скорость его распространения минимальна

Радуга

Из всех лучей светового конуса капли в глаз наблюдателя попадают только определённые, в пространстве представляющие окружность, бесцветую и без ширины – Декартову радугу
Декартова радуга
Причина возникновения: взаимодействие солнечных лучей с каплей
Каждая капля излучает в направлении Солнца целый конус световых лучей

В реальных условиях обзор наблюдателя ограничивается поверхностью Земли
Важно понимать, что вид радуги зависит как от высоты Солнца над поверхностью Земли, так и от высоты наблюдателя

Механизм образования радуги:
(угол выхода)
Капля – идеальная сфера, заполненная водой

Если рассмотреть зависимость угла выхода от угла падения (высоты падения солнечного луча), то придем примерно к такой картине:

До этого мы говорили о преломлении луча белого цвета, но ведь вследствие дисперсии он раскладывается в спектр
Красный преломляется меньше всего, фиолетовый больше всего, следовательно:
Каждый
Охотник
Желает
Знать
Где
Сидит
Фазан

Светло
Радужно
Радужно
Темно

Двойная радуга и пространство Александра
Образуется за счет лучей дважды отражённых внутри капли

Что будет, если наложить две картины всех лучей, однократно или двукратно отразившихся от поверхности капли?

Заключение
В заключении необходимо сказать, что радуга является оптическим эффектом, зависящим от положения Солнца и наблюдателя. Поэтому ту радугу, которую вы видите «здесь и сейчас» никто больше никогда не увидит.
Мне кажется, это является одним из поводов считать каждого человека уникальным и непревзойденным.