Optik Geometris Studi, hukum, aplikasi, latihan apa

Itu Optik geometris Ini adalah cabang fisika yang berkonsentrasi pada mempelajari bagaimana cahaya menyebar dan memantulkan ketika beralih dari satu media ke media lain, tanpa mempertimbangkan efek difraksi.

Dengan cara ini, cahaya diwakili secara geometris dengan sinar, garis imajiner yang tegak lurus terhadap bagian depan gelombang terang.

Sinar cahaya muncul dari sumber -sumber bercahaya seperti matahari, api atau bohlam, menyebar ke segala arah. Permukaan sebagian mencerminkan sinar cahaya itu dan itulah sebabnya kita dapat melihatnya, berkat fakta bahwa mata mengandung elemen yang sensitif terhadap cahaya.

Berkat perawatan Ray, optik geometris tidak memperhitungkan aspek cahaya yang bergelombang, tetapi lebih menjelaskan bagaimana gambar terbentuk di mata, cermin dan proyektor, di mana mereka melakukannya dan bagaimana mereka muncul.

Prinsip -prinsip dasar optik geometris adalah refleksi dan pembiasan cahaya. Sinar cahaya memengaruhi sudut tertentu pada permukaan yang terletak, dan berkat ini geometri sederhana membantu mengikuti jejak lintasannya di setiap media.

Ini menjelaskan hal -hal sehari -hari seperti mengamati gambar kita di cermin kamar mandi, melihat sendok teh yang tampaknya menekuk di dalam gelas penuh air atau meningkatkan penglihatan dengan kacamata yang memadai.

Kita membutuhkan cahaya untuk berinteraksi dengan lingkungan, jadi, selalu, perilaku mereka membuat para pengamat kagum, yang bertanya tentang sifat mereka.

[TOC]

Apa yang mempelajari optik geometris? (Objek studi)

Optik geometris mempelajari penyebaran cahaya dalam ruang hampa dan di berbagai media, tanpa menjelaskan apa yang terdiri dari sifat aslinya. Untuk ini, ia memanfaatkan model Ray dan Geometri sederhana.

Ray adalah lintasan bahwa cahaya berlanjut dalam media transparan tertentu, yang merupakan pendekatan yang sangat baik selama panjang gelombang kecil dibandingkan dengan ukuran objek.

Dapat melayani Anda: galaksi spiral barrada: pembentukan, evolusi, karakteristik

Ini dipenuhi dalam bagian yang baik dari kasus sehari -hari, seperti yang disebutkan di awal.

Ada dua tempat mendasar dari optik geometris:

-Cahaya merambat dengan cara bujursangkar.

-Saat menyebar melalui berbagai cara, cahaya melakukannya mengikuti hukum empiris, yaitu, diperoleh dari eksperimen.

Konsep dasar dalam optik geometris

Indeks bias

Kecepatan cahaya dalam media material berbeda dari vakum. Di sana kita tahu bahwa itu 300.000 km/s, tetapi di udara hanya sedikit lebih rendah, dan bahkan lebih di air atau kaca.

Indeks bias adalah jumlah tambahan, yang didefinisikan sebagai rasio antara kecepatan yang dipindahkan cahaya dalam ruang hampa C_{salah satu} Dan kecepatannya C  Di media itu:

n = c_{salah satu} / C

Jalur optik

Sumber: SlideShare.bersih

Ini adalah produk antara jarak yang ditempuh oleh cahaya untuk melewati dari satu titik ke titik lain, dan indeks bias media:

L = s. N

Di mana L adalah jalur optik, S adalah jarak antara dua titik dan n mewakili indeks bias, asumsi konstan.

Melalui jalur optik, sinar cahaya dibandingkan yang bergerak di media yang berbeda.

Sudut kejadian

Di sini sudut kejadian disebut θ_{1 .} Sumber: josell7/cc by-sa (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)

Itu adalah sudut yang membentuk balok terang dengan garis normal ke permukaan yang memisahkan dua media.

Undang -undang Optik Geometris

Prinsip Fermat

Prinsip Fermat dalam kasus refraksi ringan pada permukaan datar antara udara dan air. Titik objek A di udara dan titik pengamatan B di dalam air. Titik refraksi P adalah yang meminimalkan waktu yang dibutuhkan cahaya untuk menempuh jalur APB. Sumber: Klaus-Dieter Keller / CC0

Matematikawan Prancis Pierre de Fermat (1601-1665) mengatakan:

Saat sinar cahaya bergerak di antara dua titik, ikuti lintasan di mana waktu minimum membutuhkan.

Dan karena cahaya bergerak dengan kecepatan konstan, lintasannya harus bujursangkar.

Dengan kata lain, prinsip fermat menetapkan bahwa lintasan cahaya petir sedemikian rupa sehingga jalur optik antara dua titik minimal.

Hukum Refleksi

Dengan mempengaruhi permukaan yang memisahkan dua cara yang berbeda, bagian dari ray insiden - atau semuanya - dipantulkan ke belakang dan melakukannya dengan sudut yang sama diukur sehubungan dengan normal ke permukaan yang ia mempengaruhi.

Dapat melayani Anda: Gerakan Bujur Barat: Karakteristik, Jenis dan ContohContoh Hukum Refleksi. Sumber: Zátononyi Sandor (IFJ.)/Cc by-sa (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/3.0)

Dengan kata lain, sudut kejadian sama dengan sudut refleksi:

 θ_yo = θ_Yo'

Hukum Snell

Hukum Snell. Sumber: Wikimedia Commons. Josel7 [cc by-sa 4.0 (https: // createveCommons.Org/lisensi/by-sa/4.0)]

Matematika Belanda.

Dia melihat bahwa ketika sinar cahaya mempengaruhi permukaan yang memisahkan dua media, membentuk sudut tertentu dengan itu, bagian dari petir tercermin kembali ke media pertama dan yang lain mengikuti jalannya melalui yang kedua.

Dengan demikian ia menyimpulkan hubungan berikut antara kedua media:

N_{1 ⋅} dosa θ₁ = n_{2 ⋅} dosa θ₂

Di mana₁ dan N₂ Mereka adalah masing -masing Indeks bias, ketika θ₁ Dan  θ₂  Mereka adalah sudut kejadian dan refraksi, diukur sehubungan dengan normal ke permukaan, sesuai dengan gambar di atas.

Aplikasi

Cermin dan lensa

Lensa adalah perangkat berdasarkan optik geometris yang digunakan, antara lain, untuk meningkatkan visi. Sumber: Pixabay.

Cermin adalah permukaan yang sangat halus yang memantulkan cahaya objek, memungkinkan pembentukan gambar. Cermin datar, seperti kamar mandi atau yang dibawa di dompet adalah umum.

Lensa terdiri dari perangkat optik dengan dua permukaan bias yang sangat dekat. Saat balok sinar paralel melintasi lensa konvergen, mereka berkumpul pada titik yang membentuk gambar. Ketika datang ke lensa divergen, yang sebaliknya terjadi: sinar dari balok menyelam.

Lensa sering digunakan untuk memperbaiki cacat bias mata, serta pada instrumen pembesaran optik yang berbeda.

Instrumen optik

Ada instrumen optik yang memungkinkan pembesar gambar, untuk contoh mikroskop, pembesar dan teleskop. Ada juga untuk melihat di atas tingkat mata, seperti periskopios.

Dapat melayani Anda: paramagnetisme

Untuk menangkap dan melestarikan gambar, Anda memiliki kamera, yang berisi sistem lensa dan elemen pendaftaran untuk menyimpan gambar yang dibentuk.

Serat optik

Ini adalah bahan yang panjang, tipis dan transparan berdasarkan silika atau plastik, yang digunakan untuk transmisi data. Ini mengambil keuntungan dari properti refleksi total: Ketika cahaya mencapai media dengan sudut tertentu, tidak ada refraksi, oleh karena itu petir dapat menempuh jarak jauh, memantul di dalam filamen.

Olahraga diselesaikan

Objek di latar belakang kolam atau kolam tampaknya mereka lebih dekat dari yang sebenarnya mereka temukan, yang disebabkan oleh refraksi. Seberapa jelas kedalaman pengamat melihat koin yang berada di bagian bawah kolam dalam 4 m?

Asumsikan bahwa sinar yang muncul dari mata uang mencapai mata pengamat dengan sudut 40º sehubungan dengan normal.

Koin di bagian bawah kolam terlihat lebih dekat saat melihat dari atas. Sumber: f. Zapata.

Data: Indeks refraksi air adalah 1.33, udaranya 1.

Larutan

Kedalaman mata uang yang jelas adalah S 'dan kedalaman kumpulan adalah s = 4 m. Mata uang pada titik Q dan pengamat melihatnya pada titik q '. Kedalaman poin ini adalah:

S '= S - Q'Q

Hukum Snell:

N_B ⋅ sen 40º = n_ke ⋅ sin θ_R

dosa θ_R = (n_B ⋅ sen 40º) ÷ n_ke = Sen 40º /1.33 = 0.4833

θ_R = Arcsen (0.4833) = 28.9º

Mengetahui sudut ini, kami menghitung jarak d = ov dari segitiga siku -siku, yang sudutnya akut θ_R:

Jadi 28.9º = OV/4 m

Ov = 4m × tan 28.9º = 2.154 m

Di samping itu:

Tan 50º = OQ '/OV

Karena itu:

Oq '= ov × tan 50º = 2.154 m × tan 50º = 2.57 m.

Referensi

1. Bauer, w. 2011. Fisika untuk Teknik dan Ilmu Pengetahuan. Volume 2. MC Graw Hill.
2. Figueras, m. Optik geometris: Optik tanpa gelombang. Buka Universitas Catalonia.
3. Giancoli, d.  2006. Fisika: Prinsip dengan aplikasi. 6. Ed Prentice Hall.
4. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fisika untuk Sains dan Teknik. Volume 2. 7. Ed. Pembelajaran Cengage.
5. Tippens, hlm. 2011. Fisika: Konsep dan Aplikasi. Edisi ke -7. Bukit McGraw.