Законы отражения и преломления, явление волнового внутреннего отражения.

При падении света на границу раздела двух сред часть света отражается в первую среду, а часть проходит во вторую среду, если она прозрачна, изменяя при этом направление своего распространения, т. е. преломляется.

Закон отражения. Угол падения равен углу отражения (a = у). Падающий луч AO, отраженный луч OD и перпендикуляр OC, восставленный в точке падения, лежат в одной плоскости.

Законы преломления. Луч падающий AO и преломленный лежат в одной плоскости с перпендикуляром OB, проведенным в точке падения луча к плоскости раздела двух сред. Отношение синусов угла падения α и угла

преломления β постоянно для данных двух сред и называется показателем преломления второй среды по отношению к первой

Угол падения, при котором свет не преломляется в другую среду, а отражается и скользит вдоль раздела двух сред (т.е. угол преломления равен 90⁰), называется предельным углом полного отражения.

Полное внутреннее отражение наблюдается при переходе света из среды оптически более плотной в оптически менее плотную среду.

Закон независимости распространения световых лучей. Принцип Ферма.

Закон независимости световых лучей:Распространение световых лучей в среде происходит независимо друг от друга. То есть предполагается, что лучи не влияют друг на друга, и распространяются так, как будто других лучей, кроме рассматриваемого, не существует. Эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены. Разбивая световой поток на отдельные световые пучки, можно показать, что действие выделенных световых пучков независимо.

Принцип Ферма: Свет при распространении из одной точки в другую выбирает путь, которому соответствует наименьшее время распространения. Время прохождения светом расстояния l в среде с показателем преломления n пропорционально оптической длине пути S. Для однородной среды 𝑆 = 𝑛𝑙, а для неоднородной    Таким образом, в этой форме принцип Ферма есть принцип наименьшей оптической длины пути.

Для однородной среды принцип Ферма приводит к закону прямолинейности светового луча (в соответствии с положением о том, что прямая есть линия, вдоль которой расстояние между двумя точками наименьшее), а для случая падения луча на границу раздела между средами с разными n из принципа Ферма можно получить законы зеркального отражения света и преломления света.

В волновой оптике принцип Ферма представляет собой предельный случай принципа Гюйгенса - Френеля и применим, если можно пренебречь дифракцией света (когда длина световой волны мала по сравнению с наименьшими характерными для задачи размерами): рассматривая лучи как нормали к волновым поверхностям, легко показать, что при всяком распространении света оптические длины будут иметь экстремальные значения. Во всех случаях, когда необходимо учитывать дифракцию, принцип Ферма (как и геометрическая оптика вообще) неприменим.