imported>Sldst-bot: Уточнение даты установки ш:Нет источников: 2006-12-25 (до 2018-06-19 ш:Rq с параметром sources)

2025-09-05T18:39:07Z

Уточнение даты установки ш:Нет источников: 2006-12-25 (до 2018-06-19 ш:Rq с параметром sources)

Новая страница

{{нет источников |дата=2006-12-25}}
'''Геометри́ческая о́птика''' — раздел [[оптика|оптики]], изучающий законы распространения [[свет]]а в прозрачных [[среда]]х, отражения света от зеркально-отражающих поверхностей и принципы построения изображений при прохождении света в оптических системах без учёта его [[Корпускулярно-волновой дуализм|волновых свойств]].

Основное понятие геометрической оптики — это [[световой луч]]. При этом подразумевается, что направление потока лучистой энергии (ход светового луча) не зависит от поперечных размеров пучка света.

Законы геометрической оптики являются частным предельным случаем более общих законов [[волновая оптика|волновой оптики]], в предельном случае стремления длины световых волн к нулю. Так как свет физически является распространением электромагнитной волны, происходит [[Интерференция света|интерференция]], в результате которой ''ограниченный'' пучок света распространяется не в каком-то одном направлении, а имеет конечное угловое распределение, то есть наблюдается [[дифракция]]. Интерференция и дифракция находятся вне предмета изучения оптических свойств оптических систем средствами геометрической оптики. Однако, в тех случаях, когда характерные поперечные размеры пучков света достаточно велики по сравнению с длиной волны, можно пренебречь дифракционной расходимостью пучка света и считать, что лучи света распространяются по отрезкам прямых, до преломления или отражения.

Геометрическая оптика неполно описывает оптические явления, являясь упрощением более общей волновой оптической теории. Но широко используется, например, при расчёте [[Оптическая система|оптических систем]], так как её законы математически более просты по сравнению с обобщающими волновыми законами, что существенно снижает математические трудности при анализе и синтезе оптических систем. Приблизительная аналогия между геометрической и волновой оптиками — как между [[Классическая механика|ньютоновской механикой]] и [[Квантовая механика|квантовой механикой]].

Помимо пренебрежения волновыми эффектами в геометрической оптике также пренебрегают квантовыми явлениями. В геометрической оптике скорость распространения света считается бесконечной (поэтому динамическая физическая задача превращается в чисто геометрическую), однако учёт конечной [[скорость света|скорости света]] в рамках геометрической оптики (например, в астрофизических приложениях) не представляет математической трудности. Кроме того, как правило, не рассматриваются эффекты, связанные с влиянием прохождения света через оптические среды, например, изменения показателя преломления среды под воздействием мощного излучения. Эти эффекты, даже формально лежащие в рамках геометрической оптики, относят к [[нелинейная оптика|нелинейной оптике]]. В случае, когда интенсивность светового пучка, распространяющегося в данной среде, достаточно мала для того, чтобы можно было пренебречь нелинейными эффектами, геометрическая оптика базируется на общем для всех разделов оптики фундаментальном законе о независимом распространении лучей ([[принцип суперпозиции]]).

Согласно этому принципу, [[световой луч|лучи света]] в среде не взаимодействуют. В геометрической оптике нет таких понятий, как амплитуда, частота, фаза и вид поляризации светового излучения, но и в волновой линейной оптике постулируют принцип суперпозиции. Иными словами, и в волновой линейной оптике, и в геометрической оптике принимается, что лучи света и оптические волны не влияют друг на друга и распространяются независимо.

== Законы геометрической оптики ==
[[Файл:Reflection angles clean.svg|thumb|Отражение луча света от гладкой поверхности]]
[[Файл:Snells law2-ru.svg|thumb|Преломление света на границе раздела двух сред с [[Показатель преломления|показателями преломления]] <math>n_1</math> и <math>n_2</math> (на рисунке <math>n_1<n_2</math>)]]
В основе геометрической оптики лежат несколько простых [[эмпирический закон|эмпирических]] законов:
# [[Закон прямолинейного распространения света]]
# [[Закон независимого распространения лучей]]
# [[Закон отражения света]]
# Закон преломления света ([[Закон Снелла|Закон Снеллиуса, или Снелла]])
# [[Закон обратимости светового луча]]. Согласно ему, луч света, распространившийся по определённой траектории в одном направлении, повторит свой ход в точности при распространении и в обратном направлении.
Поскольку геометрическая оптика не учитывает волновой природы света, в ней действует постулат, согласно которому если в какой-то точке сходятся две (или большее количество) систем лучей, то [[освещённость|освещённости]], создаваемые ими, складываются.

Однако наиболее последовательным является вывод законов геометрической оптики из [[волновая оптика|волновой оптики]] в [[эйкональное приближение|эйкональном приближении]]. В этом случае, основным уравнением геометрической оптики становится [[уравнение эйконала]], которое допускает также словесную интерпретацию в виде [[принцип Ферма|принципа Ферма]], из которого и выводятся перечисленные выше законы.

Частным видом геометрической оптики является [[матричная оптика]].

== Разделы геометрической оптики ==
Среди разделов геометрической оптики стоит отметить
* расчёт оптических систем в [[параксиальное приближение|параксиальном приближении]]
* распространение света вне параксиального приближения, формирование [[каустика|каустик]] и прочих особенностей световых фронтов.
* распространение света в неоднородных и неизотропных средах ([[градиентная оптика]])
* распространение света в волноводах и оптоволокне
* распространение света в гравитационных полях массивных астрофизических объектов, [[гравитационная линза|гравитационное линзирование]].

== История исследований ==
[[Евклид]] в «Оптике» показал прямолинейность распространения света.

[[Птолемей, Клавдий|Клавдий Птолемей]] исследовал [[преломление|преломление света]] на границе воздух—вода и воздух—стекло.

Большую роль в развитии оптики как науки сыграли ученые Востока, в частности, ученые Персии [[Бахманяр]] аль-Азербайджани и [[Насир ад-Дин Туси|Насреддин Туси]]. Они также имели свой взгляд на природу света и указывали, что свет имеет как свойства волны, так и свойства потока частиц.

Арабский учёный [[Ибн аль-Хайсам]] (Аль-Гасан) изучал законы преломления и отражения света. Он одним из первых высказал мысль о том, что источником световых лучей является не глаз, а светящиеся предметы. Он также доказал, что изображение предмета возникает в хрусталике глаза. Он сумел получить изображения предметов в плоских, выпуклых, вогнутых, цилиндрических стеклах и линзах; показал, что выпуклая линза дает увеличенное изображение.

[[Кеплер, Иоганн|Иоганн Кеплер]] в трактате «Дополнения к Виттелию» («[[Оптическая астрономия]]», 1604) изложил основы геометрической оптики, сформулировал закон об обратно пропорциональной зависимости освещённости и квадрата расстояния от источника.

[[Снелл, Виллеброрд|Виллеброрд Снелл]] в [[1621 год]]у открыл [[закон преломления света]] ([[закон Снеллиуса]]).

== См. также ==
* [[Волновая оптика]]
* [[Матричная оптика]]
* [[Уравнение Акуны — Ромо]]

== Ссылки ==
* {{книга | автор = Ландсберг Г. С.| часть = | заглавие = Оптика: учебное пособие для вузов| оригинал = | ссылка = | издание = 6-е изд. стереот| ответственный = | место = М.| издательство = ФИЗМАТЛИТ| год = 2003| том = | страницы = | страниц = 848| isbn = 5-9221-0314-8}}
* ''[[Делоне, Николай Борисович (младший)|Делоне Н. Б.]]'' [http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/286.html Статья «Нелинейная оптика», 1997, Физика]
* ''Родионов С. А.'' [http://aco.ifmo.ru/el_books/basics_optics/glava-4/glava-4-3.html Глава 4. Основные законы геометрической оптики]. // Основы оптики. Конспект лекций. — {{СПб.}}: СПб ГИТМО (ТУ), 2000. — 167 с.

{{Разделы оптики}}
{{Разделы физики}}
[[Категория:Геометрическая оптика|*]]

Геометрическая оптика - История изменений

imported>Sldst-bot: Уточнение даты установки ш:Нет источников: 2006-12-25 (до 2018-06-19 ш:Rq с параметром sources)