Cov Khoom Siv Physics ntawm Geometric Optics
Geometric optics yog ib ceg ntawm physics uas kawm txog tus cwj pwm ntawm lub teeb siv txoj hauv kev "ray". Hauv txoj hauv kev no, lub teeb raug xav tias yuav mus ncig ua kab ncaj, cuam tshuam thaum nws ntaus rau ntawm qhov chaw cuam tshuam, thiab refracting thaum nws hla dhau ob lub xov xwm sib txawv. Txawm hais tias lub teeb yog qhov tseem ceeb ntawm nthwv dej electromagnetic, geometric optics muaj txiaj ntsig zoo heev rau kev piav qhia ntau yam xwm txheej txhua hnub thiab tsim lub hauv paus rau kev ua haujlwm ntawm ntau yam cuab yeej kho qhov muag xws li tsom iav loj, koob yees duab, periscopes, microscopes, thiab telescopes.
1. Cov Ntsiab Lus Tseem Ceeb ntawm Geometric Optics
Hauv geometric optics, muaj ntau lub tswv yim tseem ceeb:
1. Cov kab teeb ci: ib qho sawv cev ntawm kev taw qhia ntawm lub teeb kis tau kos ua kab ncaj.
2. Lub teeb ci: ib pawg ntawm cov teeb ci. Lub teeb ci tuaj yeem sib luag, sib sau ua ke, lossis sib cais.
3. Nruab Nrab: ib yam khoom nruab nrab uas lub teeb kis tau, piv txwv li cua, dej, iav lossis yas.
Lub tswv yim tseem ceeb ntawm geometric optics yog tias qhov wavelength ntawm lub teeb me dua li qhov loj ntawm cov khoom uas nws cuam tshuam nrog, yog li ntawd cov khoom nthwv dej xws li kev cuam tshuam thiab diffraction tuaj yeem raug tsis quav ntsej hauv feem ntau.
2. Kev Xav Txog Lub Teeb (Kev Xav)
Lub teeb ci ntsa iab tshwm sim thaum lub teeb ntaus rau ib qho chaw thiab rov qab mus rau nws qhov chaw qub. Piv txwv yooj yim tshaj plaws yog lub teeb uas raug tsom los ntawm daim iav.
Txoj Cai ntawm Kev Xav Txog
Muaj ob txoj cai ntawm kev xav:
1. Txoj kab teeb ci, txoj kab cuam tshuam, thiab txoj kab ib txwm nyob hauv ib lub dav hlau.
2. Lub kaum sab xis ntawm qhov teeb meem (i) zoo ib yam li lub kaum sab xis ntawm kev cuam tshuam (r), uas yog:
\[
kuv = r
\]
Txoj kab ib txwm yog ib txoj kab uas ntsug rau ntawm qhov chaw uas lub teeb poob.
Hom Kev Xav Txog
– Kev cuam tshuam tsis tu ncua (specular): tshwm sim rau ntawm cov chaw du xws li daim iav. Lub teeb cuam tshuam yog ib txwm muaj, tsim cov duab meej.
– Kev cuam tshuam diffuse: tshwm sim rau ntawm cov chaw ntxhib xws li phab ntsa. Lub teeb raug cuam tshuam rau ntau qhov kev taw qhia, ua rau muaj daim duab meej.
3. Cov Iav Tiaj thiab Cov Iav Ncab
Daim Iav Tiaj
Ib daim iav dav hlau tsim ib daim duab uas:
- virtual (tsis tuaj yeem ntes tau ntawm qhov screen),
- ncaj nraim,
– qhov loj tib yam,
- thiab qhov deb ntawm daim iav zoo li qhov khoom.
Yog tias yam khoom nyob deb ntawm daim iav, ces daim duab yog deb ntawm daim iav tom qab.
Cov Iav Concave thiab Cov Iav Convex
Muaj ob hom iav nkhaus:
1. Daim iav concave (convergent): qhov chaw cuam tshuam nkhaus mus rau hauv. Muaj peev xwm sau cov kab sib luag sib luag rau ib qho chaw tsom mus rau ib qho.
2. Daim iav convex (divergent): qhov chaw cuam tshuam nkhaus tawm sab nraud. Kis lub teeb ci.
Focal Point thiab Radius ntawm Curvature
Hauv cov iav nkhaus, cov hauv qab no siv tau:
\[
f = \frac{R}{2}
\]
nrog \(f\) qhov tsom xam thiab \(R\) lub vojvoog ntawm curvature.
Kab zauv iav nkhaus
Qhov kev sib raug zoo ntawm qhov deb ntawm yam khoom (s), qhov deb ntawm daim duab (s'), thiab qhov tsom mus rau (f) yog:
\[
\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}
\]
Kev ua kom duab loj dua:
\[
M = \frac{h'}{h} = -\frac{s'}{s}
\]
Lub cim tsis zoo qhia txog daim duab tig rov qab (rau daim duab tiag tiag).
4. Kev cuam tshuam ntawm lub teeb
Qhov kev tawg ntawm lub teeb tshwm sim thaum lub teeb hla dhau ciam teb ntawm ob lub xov xwm uas muaj cov ntsuas tawg sib txawv, hloov nws txoj kev mus ncig. Piv txwv li, ib lub raj mis zoo li "tawg" thaum muab tso rau hauv ib khob dej.
Refractive Index
Tus nqi refractive ntawm ib qho nruab nrab yog txhais:
\[
n = \frac{c}{v}
\]
qhov twg \(c \) yog qhov ceev ntawm lub teeb hauv lub tshuab nqus tsev thiab \(v \) yog qhov ceev ntawm lub teeb hauv ib qho nruab nrab.
Qhov loj dua \(n \), lub teeb qeeb dua nthuav dav hauv nruab nrab.
Txoj Cai Snell
Kev piav qhia txog kev cuam tshuam yog piav qhia los ntawm Snell txoj cai:
\[
n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2
\]
qhov twg \( \theta_1 \) yog lub kaum ntawm qhov tshwm sim thiab \( \theta_2 \) yog lub kaum ntawm kev cuam tshuam.
Yog tias lub teeb nkag los ntawm ib qho chaw nruab nrab uas tsis muaj zog ntau (piv txwv li, cua) mus rau hauv ib qho chaw nruab nrab uas muaj zog ntau (piv txwv li, iav), lub teeb yuav raug refracted mus rau qhov qub. Ntawm qhov tod tes, los ntawm qhov nruab nrab uas tuab dua mus rau qhov nruab nrab uas tsis tuab dua, lub teeb yuav refracts tawm ntawm qhov qub.
5. Kev Xav Txog Sab Hauv Tag Nrho
Thaum lub teeb mus los ntawm ib qho chaw ntom ntom mus rau ib qho chaw ntom ntom uas tsis ntom ntom, ces lub kaum sab xis ntawm lub teeb yuav ci ntsa iab dua li lub kaum sab xis tseem ceeb. Yog li no, lub teeb yuav tsis ci ntsa iab mus rau sab nraud, tiam sis yuav ci ntsa iab tag nrho.
Lub kaum sab xis tseem ceeb (\( \theta_c \)) txaus siab rau:
\[
\sin \theta_c = \frac{n_2}{n_1}
\]
nrog \( n_1 > n_2 \).
Ib qho tseem ceeb ntawm kev cuam tshuam sab hauv tag nrho yog nyob rau hauv cov fibers optical, uas yog siv rau kev sib txuas lus ceev ceev thiab kev kho mob endoscopy.
6. Cov Lens Nyias: Cov Lens Convex thiab Cov Lens Concave
Lub lens yog ib yam khoom uas pom tseeb thiab ci ntsa iab. Raws li nws cov duab:
1. Lub lens convex (convergent): tuab dua hauv nruab nrab, sau cov duab sib luag rau qhov tsom.
2. Lub lens concave (divergent): nyias nyias hauv nruab nrab, kis lub teeb.
Kev Sib Npaug Lens Nyias
Rau cov lens siv tau:
\[
\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}
\]
Zoo ib yam li daim iav sib npaug, tab sis kev txhais cov cim thiab qhov chaw ntawm daim duab nyob ntawm hom lens.
Kev Ua Kom Loj Dua:
\[
M = \frac{h'}{h} = \frac{s'}{s}
\]
Lub cim loj tuaj yeem qhia tau ib daim duab ntsug (zoo) lossis tig rov qab (tsis zoo) nyob ntawm seb lub cim siv puas zoo.
Lub zog ntawm lub lens (Lub zog ntawm lub lens)
Lub zog ntawm lub lens yog qhia hauv diopters (D):
\[
P = \frac{1}{f}
\]
nrog \(f \) hauv meters. Lub lens uas muaj qhov ntev focal luv dua muaj zog dua.
7. Kev Tsim Duab Ntxoo Hauv Ntau Yam Khoom Siv Optical
Geometric optics yog lub hauv paus rau kev nkag siab txog cov cuab yeej siv kho qhov muag:
– Lub iav loj (loupe): siv lub lens convex los tsim ib daim duab virtual, upright, thiab loj dua.
- Lub Koob Yees Duab: siv lub lens convex los tsim ib daim duab tiag tiag, tig rov qab rau ntawm lub sensor lossis zaj duab xis.
– Lub qhov muag tib neeg: ib lub cev pom kev uas tsim cov duab ntawm lub retina. Lub lens ntawm lub qhov muag tuaj yeem hloov (hloov qhov tsom) rau qhov pom kev deb thiab ze.
– Cov tsom iav: cov tsom iav siv los kho qhov muag tsis zoo. Myopia (kev pom tsis ze) raug kho nrog cov tsom iav concave, thaum hyperopia (kev pom tsis deb) raug kho nrog cov tsom iav convex.
– Cov tshuab tsom iav me me thiab cov tshuab tsom iav me me: siv ntau yam iav los ua kom cov khoom me me lossis cov khoom nyob deb loj dua.
Kev kaw
Geometric optics muab ib lub moj khaum yooj yim tab sis muaj zog rau kev kawm txog cov teeb pom kev zoo, tshwj xeeb tshaj yog kev xav thiab kev rov qab. Los ntawm kev nkag siab txog cov cai ntawm kev xav, Snell txoj cai, cov yam ntxwv ntawm daim iav thiab lub lens, thiab cov tswv yim ntawm kev tsom mus rau thiab kev loj hlob, peb tuaj yeem piav qhia txog kev ua haujlwm ntawm ntau yam khoom siv kho qhov muag uas tseem ceeb rau lub neej niaj hnub no. Txawm hais tias geometric optics tsis nkag siab tob txog qhov nthwv dej ntawm lub teeb, nws tseem yog lub hauv paus tseem ceeb rau kev kawm txog physics thiab cov thev naus laus zis raws li lub teeb. Kev nkag siab zoo ntawm geometric optics pab txhawb kev nkag siab txog cov ncauj lus siab heev xws li lub cev optics, kev cuam tshuam, diffraction, thiab polarization.
