Ֆիզիկայի նյութեր երկրաչափական օպտիկայի վերաբերյալ

Ֆիզիկայի նյութեր երկրաչափական օպտիկայի վերաբերյալ

Optik geometri adalah cabang fisika yang mempelajari perilaku cahaya dengan pendekatan “sinar” (ray). Dalam pendekatan ini, cahaya dianggap merambat sebagai garis lurus, memantul saat mengenai permukaan pemantul, dan dibiaskan ketika melewati dua medium berbeda. Meskipun cahaya pada hakikatnya adalah էլեկտրամագնիսական ալիքներ, optik geometri sangat berguna untuk menjelaskan banyak fenomena sehari-hari dan menjadi dasar kerja berbagai alat optik seperti kaca pembesar, kamera, periskop, mikroskop, serta teleskop.

1. Հիմնական հասկացություններ Optik Geometri

Երկրաչափական օպտիկայի մեջ կան մի քանի կարևոր հասկացություններ.

1. Sinar cahaya : representasi arah rambat cahaya yang digambar sebagai garis lurus.
2. Berkas cahaya : kumpulan sinar cahaya. Berkas dapat sejajar , mengumpul (konvergen) , atau menyebar (divergen) .
3. Medium : zat perantara tempat cahaya merambat, misalnya udara, air, kaca, atau plastik.

Երկրաչափական օպտիկայի հիմնական ենթադրությունն այն է, որ լույսի ալիքի երկարությունը շատ ավելի փոքր է այն մարմինների չափսերից, որոնց հետ այն փոխազդում է, ուստի ալիքային հատկությունները, ինչպիսիք են ինտերֆերենցիան և դիֆրակցիան, կարող են անտեսվել դեպքերի մեծ մասում։

2. Լույսի արտացոլում (Reflection)

Լույսի անդրադարձումը տեղի է ունենում, երբ լույսը հարվածում է մակերեսին և վերադառնում իր սկզբնական միջավայր: Ամենապարզ օրինակը հայելու կողմից լույսի անդրադարձումն է:

Արտացոլման օրենքը
Արտացոլման երկու օրենք կա.
1. Sinar datang, sinar pantul, dan garis normal terletak pada satu bidang.
2. Sudut datang (i) sama dengan sudut pantul (r) , yaitu:
\[
ի = ր
\]

Նորմալ գիծը այն գիծն է, որը ուղղահայաց է ճառագայթի ընկնելու կետում գտնվող մակերեսին։

Արտացոլման տեսակները
– Pemantulan teratur (specular) : terjadi pada permukaan halus seperti cermin. Sinar pantul teratur sehingga terbentuk bayangan jelas.
– Pemantulan baur (diffuse) : terjadi pada permukaan kasar seperti dinding. Sinar dipantulkan ke berbagai arah, menyebabkan tidak terbentuk bayangan yang jelas.

3. Հարթ և կոր հայելիներ

Հարթ հայելի
Հարթ հայելին ստեղծում է հետևյալ պատկերը.
– maya (tidak dapat ditangkap layar),
– tegak ,
– sama besar ,
– և հայելուց նույն հեռավորության վրա, ինչ առարկան։

Եթե ​​առարկան հայելուց որոշակի հեռավորության վրա է (s), ապա պատկերը հայելուց որոշակի հեռավորության վրա է (s' = s)։

Գոգավոր և ուռուցիկ հայելիներ
Կան կոր հայելիների երկու տեսակ՝

1. Cermin cekung (konvergen) : permukaan pemantulnya melengkung ke dalam. Dapat mengumpulkan berkas sejajar ke satu titik fokus.
2. Cermin cembung (divergen) : permukaan pemantulnya melengkung ke luar. Menyebarkan berkas cahaya.

Կիզակետ և կորության շառավիղ
Կոր հայելիների դեպքում կիրառվում է հետևյալը.
\[
f = \frac{R}{2}
\]
որտեղ \(f\) կիզակետը և \(R\) կորության շառավիղը։

Կոր հայելու հավասարում
Առարկայի հեռավորության (s), պատկերի հեռավորության (s') և ֆոկուսի (f) միջև եղած կապը հետևյալն է՝
\[
\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}
\]

Պատկերի մեծացում՝
\[
M = \frac{h'}{h} = -\frac{s'}{s}
\]
Բացասական նշանը ցույց է տալիս շրջված պատկեր (իրական պատկերի համար):

4. Լույսի բեկում

Բեկումը տեղի է ունենում, երբ լույսը անցնում է տարբեր բեկման ցուցիչներ ունեցող երկու միջավայրերի սահմանով՝ փոխելով իր շարժման ուղղությունը: Օրինակ՝ ծղոտը թվում է «կոտրված», երբ այն դնում ենք ջրի բաժակի մեջ:

Բեկման ինդեքս
Միջավայրի բեկման ցուցիչը սահմանվում է.
\[
n = \frac{c}{v}
\]
որտեղ (c)-ն լույսի արագությունն է վակուումում, իսկ (v)-ն՝ լույսի արագությունը միջավայրում։

Որքան մեծ է \(n\), այնքան դանդաղ է լույսը տարածվում միջավայրում։

Սնելի օրենքը
Pembiasan dijelaskan oleh hukum Snellius:
\[
n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2
\]
որտեղ \( \theta_1 \)-ը անկման անկյունն է, իսկ \( \theta_2 \)-ը՝ բեկման անկյունը։

Եթե ​​լույսը ավելի քիչ օպտիկապես խիտ միջավայրից (օրինակ՝ օդ) մտնում է ավելի շատ օպտիկապես խիտ միջավայր (օրինակ՝ ապակի), ճառագայթը բեկվում է դեպի նորմալը։ Եվ հակառակը, ավելի խիտ միջավայրից դեպի ավելի քիչ խիտ միջավայր, ճառագայթը բեկվում է նորմալից հեռու։

5. Ամբողջական ներքին արտացոլում

Լրիվ ներքին անդրադարձում տեղի է ունենում, երբ լույսը անցնում է ավելի խիտ միջավայրից դեպի ավելի քիչ խիտ միջավայր, և անկման անկյունը մեծ է կրիտիկական անկյունից։ Այս պայմաններում լույսը չի բեկվում դեպի դուրս, այլ ամբողջությամբ անդրադարձվում է։

Կրիտիկական անկյունը (\( \theta_c \)) բավարարում է հետևյալին՝
\[
\sin \theta_c = \frac{n_2}{n_1}
\]
\(n_1 > n_2 \)-ով։

Aplikasi penting pemantulan total internal adalah pada serat optik (fiber optic) , yang digunakan untuk komunikasi data berkecepatan tinggi dan endoskopi medis.

6. Բարակ ոսպնյակներ. Ուռուցիկ ոսպնյակներ և գոգավոր ոսպնյակներ

Լինզաքը թափանցիկ մարմին է, որը բեկում է լույսը։ Իր ձևի հիման վրա՝

1. Lensa cembung (konvergen) : menebal di tengah, mengumpulkan sinar sejajar ke fokus.
2. Lensa cekung (divergen) : menipis di tengah, menyebarkan sinar.

Բարակ ոսպնյակի հավասարում
Համապատասխան ոսպնյակների համար՝
\[
\frac{1}{f} = \frac{1}{s} + \frac{1}{s'}
\]
Նման է հայելու հավասարմանը, սակայն նշագրումների և պատկերի դիրքի մեկնաբանությունը կախված է ոսպնյակի տեսակից։

Մեծացում՝
\[
M = \frac{h'}{h} = \frac{s'}{s}
\]
Խոշորացման նշանը կարող է ցույց տալ ուղղահայաց (դրական) կամ շրջված (բացասական) պատկեր՝ կախված օգտագործված նշանի համաձայնությունից։

Լինզայի հզորություն (Լինզայի հզորություն)
Լինզայի հզորությունը արտահայտվում է դիոպտրիաներով (D):
\[
P = \frac{1}{f}
\]
\(f \)-ն մետրերով։ Կարճ ֆոկուսային հեռավորություն ունեցող օբյեկտիվն ունի ավելի մեծ հզորություն։

7. Ստվերի առաջացումը տարբեր օպտիկական սարքերում

Երկրաչափական օպտիկան հիմք է հանդիսանում օպտիկական գործիքների հասկացման համար.

– Kaca pembesar (lup) : menggunakan lensa cembung untuk menghasilkan bayangan maya, tegak, dan diperbesar.
– Kamera : memanfaatkan lensa cembung untuk membentuk bayangan nyata terbalik pada sensor atau film.
– Mata manusia : sistem optik biologis yang membentuk bayangan pada retina. Lensa mata dapat berakomodasi (mengubah fokus) untuk melihat jauh dan dekat.
– Kacamata : lensa digunakan untuk mengoreksi cacat mata. Miopi (rabun jauh) dikoreksi lensa cekung, sedangkan hipermetropi (rabun dekat) dikoreksi lensa cembung.
– Mikroskop dan teleskop : memanfaatkan kombinasi lensa untuk memperbesar objek kecil atau jauh.

Penutup

Optik geometri memberikan kerangka yang sederhana namun kuat untuk mempelajari fenomena cahaya, terutama pemantulan dan pembiasan. Dengan memahami hukum pemantulan, hukum Snellius, sifat cermin dan lensa, serta konsep fokus dan perbesaran, kita dapat menjelaskan cara kerja berbagai alat optik yang sangat penting bagi kehidupan modern. Walaupun optik geometri tidak membahas sifat gelombang cahaya secara mendalam, cabang ini tetap menjadi dasar fundamental dalam pembelajaran fisika dan teknologi berbasis cahaya. Jika dikuasai dengan baik, optik geometri akan mempermudah pemahaman topik lanjut seperti optik fisis, interferensi, difraksi, dan polarisasi.