Optik Geometri Apa Kajian, Undang -undang, Aplikasi, Latihan

The Optik Geometrik Ia adalah cabang fizik yang menumpukan pada mengkaji bagaimana cahaya menyebar dan mencerminkan apabila ia berlalu dari satu medium ke yang lain, tanpa mengambil kira kesan difraksi.

Dengan cara ini, cahaya diwakili secara geometri oleh sinar, garis khayalan tegak lurus ke hadapan gelombang terang.

Sinaran cahaya muncul dari sumber bercahaya seperti matahari, api atau mentol, menyebar ke semua arah. Permukaan sebahagiannya mencerminkan sinar cahaya dan itulah sebabnya kita dapat melihatnya, terima kasih kepada fakta bahawa mata mengandungi unsur -unsur yang sensitif terhadap cahaya.

Terima kasih kepada rawatan Ray, optik geometri tidak mengambil kira aspek cahaya yang beralun, tetapi menerangkan bagaimana imej terbentuk di mata, cermin dan projektor, di mana mereka lakukan dan bagaimana ia muncul.

Prinsip asas optik geometri adalah refleksi dan pembiasan cahaya. Sinaran cahaya mempengaruhi sudut tertentu di permukaan yang mana ia berada, dan terima kasih kepada ini geometri yang mudah membantu mengikuti jejak trajektorinya dalam setiap medium.

Ini menerangkan perkara -perkara sehari -hari seperti memerhatikan imej kita di cermin bilik mandi, melihat satu sudu teh yang nampaknya membungkuk di dalam gelas yang penuh dengan air atau meningkatkan penglihatan dengan cermin mata yang mencukupi.

Kami memerlukan cahaya untuk berinteraksi dengan alam sekitar, jadi, selalu, tingkah laku mereka telah kagum dengan pemerhati, yang bertanya tentang sifat mereka.

[TOC]

Apa kajian optik geometri? (Objek pengajian)

Optik geometri mengkaji penyebaran cahaya dalam vakum dan dalam pelbagai media, tanpa menjelaskan apa sifat sebenarnya terdiri daripada. Untuk ini, ia menggunakan model sinar dan geometri sederhana.

Ray adalah trajektori bahawa cahaya berterusan dalam medium telus tertentu, yang merupakan pendekatan yang sangat baik selagi panjang gelombang kecil berbanding saiz objek.

Boleh melayani anda: Barrada Spiral Galaxy: Pembentukan, Evolusi, Ciri -ciri

Ini dipenuhi dengan baik dari kes -kes sehari -hari, seperti yang disebutkan pada awalnya.

Terdapat dua premis asas optik geometri:

-Cahaya menyebarkan dengan cara rectilinear.

-Semasa menyebarkan pelbagai cara, cahaya itu begitu mengikuti undang -undang empirikal, iaitu, diperolehi dari percubaan.

Konsep asas dalam optik geometri

Indeks refraktif

Kelajuan cahaya dalam medium material adalah berbeza daripada vakum. Di sana kita tahu bahawa ia adalah 300.000 km/s, tetapi di udara hanya sedikit lebih rendah, dan lebih banyak lagi di dalam air atau kaca.

Indeks biasan adalah jumlah tambahan, yang ditakrifkan sebagai nisbah antara kelajuan yang mana cahaya bergerak dalam vakum c_{Sama ada} Dan kelajuan c  Dalam medium itu:

n = c_{Sama ada} / c

Laluan Optik

Sumber: Slideshare.jaring

Ia adalah produk antara jarak yang dilalui oleh cahaya untuk lulus dari satu titik ke titik lain, dan indeks biasan medium:

L = s. n

Di mana L adalah laluan optik, s adalah jarak antara kedua -dua titik dan n mewakili indeks biasan, andaian tetap.

Melalui laluan optik, sinar cahaya dibandingkan dengan langkah yang berbeza di media yang berbeza.

Sudut kejadian

Di sini sudut kejadian dipanggil θ_{1 .} Sumber: Josell7/CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)

Ia adalah sudut yang membentuk rasuk terang dengan garis normal ke permukaan yang memisahkan dua media.

Undang -undang Optik Geometri

Prinsip Fermat

Prinsip Fermat dalam hal pembiasan cahaya di permukaan rata antara udara dan air. Titik objek A di udara dan titik pemerhatian b di dalam air. Titik pembiasan p adalah yang meminimumkan masa yang diperlukan untuk cahaya untuk mengembara jalan APB. Sumber: Klaus-Dieter Keller / CC0

Ahli matematik Perancis Pierre de Fermat (1601-1665) berkata:

Apabila sinar cahaya bergerak di antara dua titik, ikuti trajektori di mana masa minimum.

Dan sejak cahaya bergerak dengan kelajuan malar, trajektorinya mestilah rectilinear.

Dalam erti kata lain, prinsip fermat menegaskan bahawa trajektori cahaya kilat sedemikian rupa sehingga jalan optik antara dua titik adalah minimum.

Undang -undang Refleksi

Dengan mempengaruhi permukaan yang memisahkan dua cara yang berbeza, sebahagian daripada sinar insiden - atau segala -galanya - dicerminkan kembali dan berbuat demikian dengan sudut yang sama diukur dengan normal ke permukaan yang dia dipengaruhi.

Boleh melayani anda: Pergerakan Rectilinear: Ciri, Jenis dan ContohContoh undang -undang refleksi. Sumber: Zátonyi Sandor (IFJ.)/Cc by-sa (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/3.0)

Dalam erti kata lain, sudut kejadian sama dengan sudut refleksi:

 θ_Yo = θ_{Yo '}

Undang -undang Snell

Undang -undang Snell. Sumber: Wikimedia Commons. Josel7 [cc by-sa 4.0 (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)]

Matematik Belanda.

Dia melihat bahawa apabila sinar cahaya mempengaruhi permukaan yang memisahkan dua media, membentuk sudut tertentu dengannya, sebahagian daripada kilat dicerminkan ke arah medium pertama dan yang lain mengikuti jalannya melalui kedua.

Oleh itu, dia menyimpulkan hubungan berikut antara kedua -dua media:

n_{1 ⋅} sin θ₁ = n_{2 ⋅} sin θ₂

Di mana₁ dan n₂ Mereka adalah masing -masing Indeks refraktif, manakala θ₁ dan  θ₂  Mereka adalah sudut kejadian dan pembiasan, diukur dengan normal ke permukaan, mengikut angka di atas.

Aplikasi

Cermin dan kanta

Kanta adalah peranti berdasarkan optik geometri yang digunakan, antara lain, untuk meningkatkan penglihatan. Sumber: Pixabay.

Cermin adalah permukaan yang sangat digilap yang mencerminkan cahaya objek, yang membolehkan pembentukan imej. Cermin rata, seperti bilik mandi atau yang dibawa di dompet adalah perkara biasa.

Lensa terdiri daripada peranti optik dengan dua permukaan refraktif yang sangat dekat. Apabila rasuk sinar selari melintasi lensa konvergen, mereka berkumpul pada satu titik yang membentuk gambar. Ketika datang ke lensa yang berbeza, sebaliknya berlaku: sinar rasuk menyelam.

Kanta sering digunakan untuk membetulkan kecacatan refraktif mata, serta dalam instrumen pembesaran optik yang berbeza.

Instrumen optik

Terdapat instrumen optik yang membolehkan pembesaran imej, untuk contoh mikroskop, pembesar dan teleskop. Terdapat juga untuk melihat di atas paras mata, seperti periscopios.

Boleh melayani anda: Paramagnetisme

Untuk menangkap dan memelihara imej, anda mempunyai kamera, yang mengandungi sistem lensa dan elemen pendaftaran untuk menyimpan imej yang terbentuk.

Serat optik

Ia adalah bahan yang panjang, nipis dan telus berdasarkan silika atau plastik, yang digunakan untuk penghantaran data. Ia mengambil kesempatan daripada harta refleksi total: apabila cahaya mencapai medium dengan sudut tertentu, tidak ada pembiasan, oleh itu kilat dapat bergerak jarak jauh, melantun di dalam filamen.

Latihan diselesaikan

Objek di latar belakang kolam atau kolam nampaknya mereka lebih dekat daripada yang mereka benar -benar mencari, yang disebabkan oleh pembiasan. Betapa kedalaman yang jelas pemerhati melihat duit syiling yang berada di bahagian bawah kolam dalam 4 m?

Menganggap bahawa sinar yang muncul dari mata wang mencapai mata pemerhati dengan sudut 40º berkenaan dengan yang normal.

Duit syiling di bahagian bawah kolam kelihatan lebih dekat ketika melihat dari atas. Sumber: f. Zapata.

Data: Indeks pembiasan air adalah 1.33, udara adalah 1.

Penyelesaian

Kedalaman mata wang yang jelas adalah s 'dan kedalaman kolam adalah s = 4 m. Mata wang adalah pada titik q dan pemerhati melihatnya pada titik q '. Kedalaman titik ini adalah:

s '= s - q'q

Undang -undang Snell:

n_b ⋅ sen 40º = n_ke ⋅ sin θ_r

sin θ_r = (n_b ⋅ sen 40º) ÷ n_ke = Sen 40º /1.33 = 0.4833

θ_r = Arcsen (0.4833) = 28.9º

Mengetahui sudut ini, kita mengira jarak d = ov dari segitiga kanan, yang sudut akut adalah θ_r:

Jadi 28.9º = OV/4 m

OV = 4m × tan 28.9º = 2.154 m

Selain:

Tan 50º = OQ '/OV

Oleh itu:

Oq '= ov × tan 50º = 2.154 m × tan 50º = 2.57 m.

Rujukan

1. Bauer, w. 2011. Fizik untuk Kejuruteraan dan Sains. Jilid 2. MC Graw Hill.
2. Figueras, m. Optik Geometrik: Optik Tanpa Gelombang. Buka Universiti Catalonia.
3. Giancoli, d.  2006. Fizik: Prinsip dengan aplikasi. 6th. Ed Prentice Hall.
4. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizik untuk Sains dan Kejuruteraan. Jilid 2. Ke -7. Ed. Pembelajaran Cengage.
5. Tippens, ms. 2011. Fizik: Konsep dan aplikasi. Edisi ke -7. McGraw Hill.