Геометрична оптика – це розділ фізики, який вивчає закони поширення світла в прозорих середовищах. Умови застосування геометричної оптики: довжина світлової хвилі значно менша порівняно з характерними розмірами перешкод. У геометричній оптиці розглядаються закони поширення світла в прозорих середовищах на основі уявлення про світло як сукупність світлових променів. Промінь – це лінія, дотична до якої в кожній точці збігається з напрямком поширення хвилі. Напрям поширення хвилі збігається з напрямом поширення енергії.

Закони геометричної оптики:

Рисунок 54

1. Закон прямолінійного поширення світла: в однорідному середовищі світло поширюється прямолінійно. Даний закон дає змогу визначити області тіні і напівтіні від джерел світла. Тінь має різко окреслені межі, якщо джерело S точкове, тобто якщо його розмірами можна знехтувати порівняно з відстанню до освітлювального предмета. Якщо джерело не точкове, то тінь буде невиразною, вона має розмитий край, який називається півтінню (Рис.57).

S – джерело, А – тіло.

2. Закон відбивання.

Падаючий промінь і перпендикуляр до межі розділу двох середовищ, поставлений у точці падіння, лежить в одній площині, кут падіння α дорівнює куту відбивання β (Рис.58).

Кут між напрямом падаючого променя і нормаллю NN₁ до межі поділу називають кутом падіння α, кут між відбитим променем і нормаллю NN₁ – кутом відбивання β.

Гладенькі тіла, які відбивають світло в одному напрямі, називають дзеркалами, поверхні дзеркальними.

Якщо паралельність променів не зберігається, відбувається розсіювання світла, яке називається дифузним розсіюванням (Рис.59).

Рисунок 1

3. Закон відбивання світла.

1) Падаючий і заломлений промені і нормаль до межі поділу лежать в одній площині.

2) Відношення синуса кута падіння α до синуса кута заломлення γ дорівнює відношенню швидкостей поширення світла в цих середовищах:

₁ i ₂ – швидкості поширення світла в середовищах, показники заломлення яких п₁ і п₂.

Величину п₂₁ називають відносним показником заломлення, або показником заломлення другого середовища відносно першого. Він показує, у скільки разів швидкість світла у першому середовищі більша або менша від швидкості світла в другому. Якщо першим середовищем є вакуум, то - абсолютний показник заломлення, який показує у скільки разів швидкість світла у вакуумі більша, ніж у даному середовищі. Середовище з більшим показником заломлення називається оптично більш густим. Якщо світло переходить з оптично більш густого середовища в менш густе, то кут заломлення більший від кута падіння γ > α

Якщо світло переходить з оптично густішого середовища в оптично менш густе, то, починаючи з деякого кута падіння α₀ , світло повністю відбивається від поверхні розділу цих двох середовищ. Кут падіння α, що відповідає куту заломлення β₀ = 90⁰ , називають граничним кутом повного відбивання. В цьому випадку γ = 90⁰ , Sin γ = 1, отже:

Рисунок 2

Явище повного внутрішнього відбивання використовується у світловодах, прозорих гнучких волокнах, в яких світло може поширюватися криволінійно.

Світловоди використовують в електронно-променевих трубках, в електронно-лічильних машинах для кодування інформації, в медицині для діагностики органів.