Фізіологія зору. Заломлення світла

Щоб зрозуміти оптичну систему ока, потрібно добре знати основні закони оптики, включаючи фізику заломлення світла, фокусування, глибини фокуса та інше.
Індекс заломлення прозорого матеріалу. Швидкість поширення світлових променів в повітрі становить приблизно 300000 км / сек, але крізь прозорі тверді частинки і рідини світлові промені проходять набагато повільніше. Індекс заломлення прозорого матеріалу розраховується як відношення швидкості світла в повітрі до швидкості його поширення в речовині. Індекс заломлення повітря - 1,00. Таким чином, якщо світло проходить через особливий тип скла зі швидкістю 200000 км / сек, індекс заломлення цього скла дорівнює частці від ділення 300000 на 200000, або 1,50.

Відео: ТІНЬ

Переломлення світлових променів на межі поділу між двома середовищами з різними індексами заломлення. Коли спрямований пучок світла зустрічається з розташованої перпендикулярно до нього поверхнею розділу двох середовищ, світлові промені входять у другу середу, не відхиляючись від свого курсу. Відбувається лише зменшення швидкості передачі і вкорочення довжини хвилі, що на малюнку позначено більш короткими відстанями між фронтами хвиль.

Коли світлові промені проходять через поверхню розділу двох середовищ, розташовану під кутом до їх ходу, промені відхиляються, якщо індекси заломлення цих середовищ різні. На малюнку світлові промені з повітря (індекс заломлення дорівнює 1,00) входять в скляний блок з індексом заломлення 1,50. При зіткненні пучка світла з розташованої під кутом поверхнею розділу промені нижній частині пучка входять в скло раніше променів верхній його частині. Фронт хвилі у верхній частині пучка продовжує поширюватися зі швидкістю 300000 км / сек, в той час як в нижній його частині, вже увійшла в скло, швидкість поширення фронту становить 200000 км / сек. В результаті світло у верхній частині пучка рухається швидше, ніж в нижній частині, що веде до відхилення фронту хвилі під кутом вправо від вертикального положення. Оскільки світло завжди рухається в напрямку, перпендикулярному площині фронту хвилі, в цьому випадку напрямок руху світового пучка відхиляється вниз.

Це відхилення світлових променів на розташованій під кутом поверхні розділу називають заломленням. Зверніть увагу, що ступінь заломлення зростає, як функція: (1) відносини індексів заломлення двох прозорих середовищ (2) рівня кутового відхилення поверхні розділу по відношенню до площини входить до неї фронту хвилі.

Опукла лінза фокусує світлові промені. На малюнку показані паралельні світлові промені, що входять в опуклу лінзу. У центрі лінзи світлові промені проходять крізь неї перпендикулярно до її поверхні, і, отже, тут промені не переломлюються. Однак у напрямку до будь-якого краю лінзи світлові промені стикаються з її поверхнею під великим кутом. Зовнішні промені в пучку світла сходяться все більше до центру-це явище називають конвергенцією променів. Половина відхилень відбувається при вході променів в лінзу, а інша - при виході їх з протилежного боку лінзи. (Слід подумати, чому промені відхиляються до центру при виході з лінзи.) Якщо кривизна лінзи ідеальна, паралельні світлові промені, що проходять через будь-яку її частину, будуть фокусуватися досить точно, в результаті все промені пройдуть через єдину точку, яку називають точкою фокусу.

Відео: Загадкове природне явище - Гало

увігнута лінза веде до розбіжності (дивергенції) світлових променів. На малюнку показано вплив увігнутою лінзи на паралельні світлові промені. У центрі лінзи межа розділу перпендикулярна пучку світла, тому світлові промені проходять тут без заломлення. Промені, що приходять до краю лінзи, входять в неї раніше, ніж центральні. Це веде до розбіжності (дивергенції) периферичних світлових променів від променів, що проходять через центр лінзи. Таким чином, увігнута лінза веде до розбіжності світлових променів, а опукла лінза сприяє їх сходження.

циліндричні лінзи відхиляють промені світла тільки в одній площині. Порівняння зі сферичними лінзами. На малюнку показані дві опуклі лінзи: сферична і циліндрична. Циліндрична лінза відхиляє світлові промені з обох її сторін, але промені, що проходять через вершину або підставу лінзи, не відхиляються. Це означає, що відхилення відбувається в одній площині, але не в інший. Таким чином, паралельні світлові промені відхиляються до лінії фокуса. Навпаки, світлові промені, що проходять через сферичну лінзу, переломлюються на всіх краях лінзи (в обох площинах) у напрямку до центрального променю, і всі промені потрапляють в точку фокусу.

Хорошим прикладом циліндричної лінзи може служити пробірка, заповнена водою. Якщо таку пробірку помістити в промінь сонячного світла і поступово наближати шматочок паперу до протилежної сторони пробірки, на певній відстані можна побачити сходження світлових променів на лінії фокуса. Сферичну лінзу демонструє звичайна лупа. При приміщенні такий лінзи в пучок сонячного світла і поступове наближення до неї шматочка паперу на певній відстані світлові промені зійдуться в загальній фокусної точці.

Увігнуті циліндричні лінзи сприяють розбіжності (дивергенції) світлових променів тільки в одній площині, а опуклі циліндричні лінзи забезпечують сходження (конвергенцію) світлових променів в одній площині.

Комбінація двох циліндричних лінз, розміщених під прямим кутом, відповідає сферичної лінзі. На малюнку показані дві опуклі циліндричні лінзи, розташовані під прямим кутом один до одного. Вертикальна лінза збирає світлові промені, що проходять через обидві її сторони, а горизонтальна лінза збирає промені у верхівки і підстави. Таким чином, всі світлові промені сходяться в єдиній фокусної точці. Іншими словами, дві циліндричні лінзи, розташовані під прямим кутом один до одного, виконують ту ж функцію, що і одна сферична лінза тієї ж заломлюючої сили.