Световой луч
Светово́й луч в геометрической оптике — линия, вдоль которой переносится световая энергия. Менее чётко, но более наглядно, можно назвать световым лучом пучок света малого поперечного размера. В каждой точке световой луч параллелен вектору Пойнтинга соответствующей электромагнитной волны, который в изотропных средах сонаправлен с её волновым вектором.
Понятие светового луча является краеугольным приближением геометрической оптики. В этом определении подразумевается, что направление потока лучистой энергии (ход светового луча) не зависит от поперечных размеров пучка света. В силу того, что свет представляет собой волновое явление, имеет место дифракция, и в результате узкий пучок света распространяется не в каком-то одном направлении, а имеет конечное угловое распределение.
Однако в тех случаях, когда характерные поперечные размеры пучков света достаточно велики по сравнению с длиной волны, можно пренебречь расходимостью пучка света и считать, что он распространяется в одном единственном направлении: вдоль светового луча.
Эйкональное приближение в волновой оптике
Понятие светового луча можно вывести и из строгой волновой теории света в рамках так называемого . В этом приближении считается, что все свойства среды, сквозь которую проходит свет, изменяются на расстояниях порядка длины волны света очень слабо. В результате, электромагнитную волну в среде можно локально рассматривать как кусочек фронта плоской волны с некоторым определённым вектором групповой скорости (которая, по определению, и ответственна за перенос энергии). Таким образом, совокупность всех векторов групповой скорости образует некоторое векторное поле. Пространственные кривые, касательные к этому полю в каждой точке, и называют световыми лучами. Поверхности, ортогональные в каждой точке к полю групповых скоростей, называются волновыми поверхностями.
В эйкональном приближении удаётся вместо уравнения для электромагнитной волны получить уравнение для распространения светового потока (то есть, для квадрата амплитуды электромагнитной волны) — уравнение эйконала. Решениями уравнения эйконала как раз и являются световые лучи, выпущенные из заданной точки.
Ход световых лучей
Световые лучи и принцип Ферма
Если свойства среды не зависят от координат (то есть если среда однородна), то световые лучи являются прямыми. Это следует непосредственно из эйконального приближения волновой оптики, однако то же самое удобно сформулировать исключительно в терминах геометрической оптики с помощью принципа Ферма. Стоит, однако, подчеркнуть, что применимость самого принципа Ферма к ходу световых лучей обосновывается только на уровне волновой оптики.
Законы преломления и отражения
Очевидно, что законы геометрической оптики не смогут помочь в случаях, когда одна среда резко, на расстояниях меньше длины волны света, сменяется другой средой. В частности, геометрическая оптика не может ответить на вопрос, почему вообще должно существовать преломление или отражение света. Ответы на эти вопросы даёт волновая оптика, однако результирующие закон преломления света и закон отражения света могут быть сформулированы опять же на языке геометрической оптики.
Гомоцентрические пучки
Набор близких световых лучей может рассматриваться как пучок света. Поперечные размеры пучка света не обязаны оставаться неизменными, поскольку в общем случае разные световые лучи не параллельны друг другу.
Важным случаем пучков света являются гомоцентрические пучки, то есть такие пучки света, все лучи которого пересекаются в какой-либо точке пространства. Такие пучки света могут быть формально получены из точечного источника света или из плоского светового фронта с помощью идеальной линзы. Стандартные задачи на построение изображений в оптических системах используют как раз свойства таких пучков.
Негомоцентрические пучки не сходятся в одну точку пространства. Вместо этого, каждый малый участок такого пучка сходится в свой фокус. Геометрическое место всех таких фокусов негомоцентрических пучков называется каустикой.
См. также
Литература
- Борн М., Вольф Э.. Основы оптики. М., 1973.
- Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. М., «Наука», 1985.
- Ф. А. Королев, «Теоретическая оптика», М., «Высшая. школа», 1996.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Световой луч, Что такое Световой луч? Что означает Световой луч?
Zapros Luch sveta perenapravlyaetsya syuda o state Dobrolyubova sm Luch sveta v tyomnom carstve Osnovnaya statya Luch volny Svetovo j luch v geometricheskoj optike liniya vdol kotoroj perenositsya svetovaya energiya Menee chyotko no bolee naglyadno mozhno nazvat svetovym luchom puchok sveta malogo poperechnogo razmera V kazhdoj tochke svetovoj luch parallelen vektoru Pojntinga sootvetstvuyushej elektromagnitnoj volny kotoryj v izotropnyh sredah sonapravlen s eyo volnovym vektorom Ponyatie svetovogo lucha yavlyaetsya kraeugolnym priblizheniem geometricheskoj optiki V etom opredelenii podrazumevaetsya chto napravlenie potoka luchistoj energii hod svetovogo lucha ne zavisit ot poperechnyh razmerov puchka sveta V silu togo chto svet predstavlyaet soboj volnovoe yavlenie imeet mesto difrakciya i v rezultate uzkij puchok sveta rasprostranyaetsya ne v kakom to odnom napravlenii a imeet konechnoe uglovoe raspredelenie Odnako v teh sluchayah kogda harakternye poperechnye razmery puchkov sveta dostatochno veliki po sravneniyu s dlinoj volny mozhno prenebrech rashodimostyu puchka sveta i schitat chto on rasprostranyaetsya v odnom edinstvennom napravlenii vdol svetovogo lucha Ejkonalnoe priblizhenie v volnovoj optikePonyatie svetovogo lucha mozhno vyvesti i iz strogoj volnovoj teorii sveta v ramkah tak nazyvaemogo V etom priblizhenii schitaetsya chto vse svojstva sredy skvoz kotoruyu prohodit svet izmenyayutsya na rasstoyaniyah poryadka dliny volny sveta ochen slabo V rezultate elektromagnitnuyu volnu v srede mozhno lokalno rassmatrivat kak kusochek fronta ploskoj volny s nekotorym opredelyonnym vektorom gruppovoj skorosti kotoraya po opredeleniyu i otvetstvenna za perenos energii Takim obrazom sovokupnost vseh vektorov gruppovoj skorosti obrazuet nekotoroe vektornoe pole Prostranstvennye krivye kasatelnye k etomu polyu v kazhdoj tochke i nazyvayut svetovymi luchami Poverhnosti ortogonalnye v kazhdoj tochke k polyu gruppovyh skorostej nazyvayutsya volnovymi poverhnostyami V ejkonalnom priblizhenii udayotsya vmesto uravneniya dlya elektromagnitnoj volny poluchit uravnenie dlya rasprostraneniya svetovogo potoka to est dlya kvadrata amplitudy elektromagnitnoj volny uravnenie ejkonala Resheniyami uravneniya ejkonala kak raz i yavlyayutsya svetovye luchi vypushennye iz zadannoj tochki Hod svetovyh luchejSvetovye luchi i princip Ferma Esli svojstva sredy ne zavisyat ot koordinat to est esli sreda odnorodna to svetovye luchi yavlyayutsya pryamymi Eto sleduet neposredstvenno iz ejkonalnogo priblizheniya volnovoj optiki odnako to zhe samoe udobno sformulirovat isklyuchitelno v terminah geometricheskoj optiki s pomoshyu principa Ferma Stoit odnako podcherknut chto primenimost samogo principa Ferma k hodu svetovyh luchej obosnovyvaetsya tolko na urovne volnovoj optiki Zakony prelomleniya i otrazheniya Ochevidno chto zakony geometricheskoj optiki ne smogut pomoch v sluchayah kogda odna sreda rezko na rasstoyaniyah menshe dliny volny sveta smenyaetsya drugoj sredoj V chastnosti geometricheskaya optika ne mozhet otvetit na vopros pochemu voobshe dolzhno sushestvovat prelomlenie ili otrazhenie sveta Otvety na eti voprosy dayot volnovaya optika odnako rezultiruyushie zakon prelomleniya sveta i zakon otrazheniya sveta mogut byt sformulirovany opyat zhe na yazyke geometricheskoj optiki Gomocentricheskie puchki Nabor blizkih svetovyh luchej mozhet rassmatrivatsya kak puchok sveta Poperechnye razmery puchka sveta ne obyazany ostavatsya neizmennymi poskolku v obshem sluchae raznye svetovye luchi ne parallelny drug drugu Vazhnym sluchaem puchkov sveta yavlyayutsya gomocentricheskie puchki to est takie puchki sveta vse luchi kotorogo peresekayutsya v kakoj libo tochke prostranstva Takie puchki sveta mogut byt formalno polucheny iz tochechnogo istochnika sveta ili iz ploskogo svetovogo fronta s pomoshyu idealnoj linzy Standartnye zadachi na postroenie izobrazhenij v opticheskih sistemah ispolzuyut kak raz svojstva takih puchkov Negomocentricheskie puchki ne shodyatsya v odnu tochku prostranstva Vmesto etogo kazhdyj malyj uchastok takogo puchka shoditsya v svoj fokus Geometricheskoe mesto vseh takih fokusov negomocentricheskih puchkov nazyvaetsya kaustikoj Sm takzheSvetovoj puchokLiteraturaBorn M Volf E Osnovy optiki M 1973 Sivuhin D V Obshij kurs fiziki Optika M Nauka 1985 F A Korolev Teoreticheskaya optika M Vysshaya shkola 1996
