Hukum dasar optik geometris. Panjang jalur optik gelombang cahaya Hukum pembiasan cahaya
Panjang gelombang cahaya yang ditangkap oleh mata sangatlah kecil (berurutan ). Oleh karena itu, perambatan cahaya tampak dapat dianggap sebagai perkiraan pertama, mengabstraksi sifat gelombangnya dan dengan asumsi bahwa cahaya merambat sepanjang garis tertentu yang disebut sinar. Dalam kasus terbatas, hukum optik yang terkait dapat dirumuskan dalam bahasa geometri.
Sesuai dengan ini, cabang optik yang mengabaikan keterbatasan panjang gelombang disebut optik geometris. Nama lain dari bagian ini adalah optik sinar.
Dasar optik geometris dibentuk oleh empat hukum: 1) hukum rambat cahaya bujursangkar; 2) hukum independensi sinar cahaya; 3) hukum pemantulan cahaya; 4) hukum pembiasan cahaya.
Hukum rambat bujursangkar menyatakan bahwa pada medium homogen, cahaya merambat lurus. Hukum ini merupakan perkiraan: ketika cahaya melewati lubang yang sangat kecil, penyimpangan dari kelurusan diamati, semakin besar semakin kecil lubangnya.
Hukum independensi sinar cahaya menyatakan bahwa harrier tidak mengganggu satu sama lain saat menyeberang. Perpotongan sinar-sinar tersebut tidak menghalangi masing-masing sinar untuk merambat secara independen satu sama lain. Hukum ini hanya berlaku bila intensitas cahaya tidak terlalu tinggi. Pada intensitas yang dicapai dengan laser, independensi sinar cahaya tidak lagi diperhatikan.
Hukum pemantulan dan pembiasan cahaya dirumuskan dalam § 112 (lihat rumus (112.7) dan (112.8) dan teks berikut).
Optik geometris dapat didasarkan pada prinsip yang ditetapkan oleh ahli matematika Perancis Fermat pada pertengahan abad ke-17. Prinsip ini mengikuti hukum perambatan bujursangkar, pemantulan dan pembiasan cahaya. Sebagaimana dirumuskan oleh Fermat sendiri, prinsip tersebut menyatakan bahwa cahaya merambat sepanjang jalur yang memerlukan waktu perjalanan minimum.
Untuk melewati suatu bagian jalan (Gbr.
115.1) cahaya memerlukan waktu dimana v adalah kecepatan cahaya pada suatu titik tertentu dalam medium.
Mengganti v melalui (lihat (110.2)), kita memperoleh bahwa Oleh karena itu, waktu yang dihabiskan cahaya untuk melakukan perjalanan dari titik ke titik 2 sama dengan
(115.1)
Besaran yang mempunyai dimensi panjang
disebut panjang jalur optik.
Dalam medium homogen, panjang jalur optik sama dengan hasil kali panjang jalur geometri s dan indeks bias medium:
Menurut (115.1) dan (115.2)
Proporsionalitas waktu tempuh dengan panjang jalur optik L memungkinkan kita merumuskan prinsip Fermat sebagai berikut: cahaya merambat sepanjang jalur yang panjang optiknya minimal. Lebih tepatnya, panjang jalur optik harus ekstrim, yaitu minimum, atau maksimum, atau stasioner - sama untuk semua jalur yang mungkin. Dalam kasus terakhir, semua jalur cahaya antara dua titik menjadi tautochronous (membutuhkan waktu yang sama untuk menempuh perjalanan).
Prinsip Fermat menyiratkan reversibilitas sinar cahaya. Memang benar, jalur optik, yang minimal jika cahaya merambat dari titik 1 ke titik 2, juga akan minimal jika cahaya merambat ke arah berlawanan.
Akibatnya sinar yang diluncurkan menuju sinar yang merambat dari titik 1 ke titik 2 akan mengikuti lintasan yang sama, tetapi arahnya berlawanan.
Dengan menggunakan prinsip Fermat, kita memperoleh hukum pemantulan dan pembiasan cahaya. Biarkan cahaya jatuh dari titik A ke titik B, dipantulkan dari permukaan (Gbr. 115.2; jalur langsung dari A ke B terhalang oleh layar buram E). Media yang dilalui sinar adalah homogen. Oleh karena itu, panjang jalur optik minimum dikurangi menjadi panjang geometri minimumnya. Panjang geometri suatu lintasan sembarang adalah (titik bantu A adalah bayangan cermin dari titik A). Dari gambar terlihat bahwa lintasan sinar yang dipantulkan di titik O yang sudut pantulnya sama dengan sudut datangnya mempunyai panjang terpendek. Perhatikan bahwa ketika titik O menjauh dari titik O, panjang geometri lintasan bertambah tanpa batas, jadi dalam kasus ini hanya ada satu titik ekstrem - minimum.
Sekarang mari kita cari titik di mana berkas harus dibiaskan, merambat dari A ke B, sehingga panjang jalur optiknya ekstrim (Gbr. 115.3). Untuk sinar sembarang, panjang jalur optiknya adalah
Untuk mencari nilai ekstrim, bedakan L terhadap x dan samakan turunannya dengan nol)
Faktor-faktornya masing-masing sama, sehingga diperoleh hubungan
menyatakan hukum refraksi (lihat rumus (112.10)).
Mari kita perhatikan pantulan dari permukaan bagian dalam ellipsoid revolusi (Gbr. 115.4; - fokus ellipsoid). Menurut definisi elips, jalur, dll., panjangnya sama.
Oleh karena itu, semua sinar yang meninggalkan fokus dan tiba di fokus setelah dipantulkan bersifat tautokron. Dalam hal ini, panjang jalur optik adalah stasioner. Jika kita mengganti permukaan ellipsoid dengan permukaan MM yang kelengkungannya lebih kecil dan diorientasikan sedemikian rupa sehingga sinar yang muncul dari suatu titik setelah dipantulkan dari MM mengenai titik tersebut, maka lintasannya akan minimal. Untuk permukaan yang mempunyai kelengkungan lebih besar dari ellipsoid maka lintasannya akan maksimum.
Stasioneritas jalur optik juga terjadi ketika sinar melewati lensa (Gbr. 115.5). Sinar mempunyai lintasan terpendek di udara (dengan indeks bias hampir sama dengan satu) dan lintasan terpanjang di kaca ( Sinar mempunyai lintasan lebih panjang di udara, tetapi lintasan lebih pendek di kaca. Akibatnya, panjang lintasan optik karena semua sinar adalah sama, oleh karena itu sinar-sinar tersebut bersifat tautokron dan panjang lintasan optiknya tidak bergerak.
Mari kita perhatikan gelombang yang merambat dalam medium isotropik yang tidak homogen sepanjang sinar 1, 2, 3, dst. (Gbr. 115.6). Kita akan menganggap ketidakhomogenan cukup kecil sehingga indeks bias dapat dianggap konstan pada segmen sinar dengan panjang X.
Panjang jalur optik
Panjang jalur optik antara titik A dan B suatu medium transparan adalah jarak yang ditempuh cahaya (radiasi optik) dalam ruang hampa selama perjalanannya dari A ke B. Panjang jalur optik dalam medium homogen adalah hasil kali jarak yang ditempuh cahaya dalam suatu medium dengan indeks bias n menurut indeks bias:
Untuk medium yang tidak homogen, panjang geometri harus dibagi menjadi interval-interval kecil sehingga indeks bias dapat dianggap konstan pada interval ini:
Total panjang jalur optik ditemukan dengan integrasi:
Yayasan Wikimedia. 2010.
Lihat apa itu "Panjang jalur optik" di kamus lain:
Hasil kali panjang lintasan berkas cahaya dan indeks bias medium (jalur yang ditempuh cahaya dalam waktu yang sama, merambat dalam ruang hampa) ... Kamus Ensiklopedis Besar
Antara titik A dan B suatu medium transparan, jarak yang ditempuh cahaya (radiasi optik) dalam ruang hampa dalam waktu yang sama dengan waktu yang diperlukan untuk merambat dari A ke B dalam medium tersebut. Karena kecepatan cahaya dalam medium apa pun lebih kecil daripada kecepatannya dalam ruang hampa, O. d ... Ensiklopedia fisik
Jarak terpendek yang ditempuh muka gelombang radiasi pemancar dari jendela keluarannya ke jendela masukan penerima. Sumber: NPB 82 99 EdwART. Kamus Istilah dan Definisi Alat Keamanan dan Proteksi Kebakaran, 2010 ... Kamus situasi darurat
panjang jalur optik- (s) Jumlah hasil kali jarak yang ditempuh radiasi monokromatik di berbagai media dan indeks bias yang sesuai dari media tersebut. [GOST 7601 78] Topik: optik, instrumen optik, dan pengukuran Istilah optik umum... ... Panduan Penerjemah Teknis
Produk dari panjang lintasan berkas cahaya dan indeks bias medium (jalur yang ditempuh cahaya dalam waktu yang sama, merambat dalam ruang hampa). * * * PANJANG JALUR OPTIK PANJANG JALUR OPTIK, hasil kali panjang lintasan berkas cahaya dengan... ... kamus ensiklopedis
panjang jalur optik- optinis kelio ilgis statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. panjang jalur optik vok. optische Weglänge, dari rus. panjang jalur optik, f pranc. longueur de trajet optique, f … Terminal fisik
Jalur optik, antara titik A dan B pada media transparan; jarak yang ditempuh cahaya (radiasi optik) dalam ruang hampa selama perjalanannya dari A ke B. Karena kecepatan cahaya di media apa pun lebih kecil dari kecepatannya di ... ... Ensiklopedia Besar Soviet
Hasil kali panjang lintasan berkas cahaya dan indeks bias medium (jalur yang ditempuh cahaya dalam waktu yang sama, merambat dalam ruang hampa) ... Ilmu pengetahuan Alam. kamus ensiklopedis
Konsep geom. dan optik gelombang, dinyatakan dengan jumlah hasil kali jarak! dilalui oleh radiasi dalam berbagai cara media, dengan indeks bias media yang sesuai. O. d.p. sama dengan jarak yang ditempuh cahaya dalam waktu yang sama, merambat dalam... ... Kamus Besar Ensiklopedis Politeknik
PANJANG JALUR antara titik A dan B suatu medium transparan adalah jarak yang ditempuh cahaya (radiasi optik) dalam ruang hampa dalam waktu yang sama untuk merambat dari A ke B dalam medium tersebut. Karena kecepatan cahaya dalam suatu medium lebih kecil dari kecepatannya dalam ruang hampa... Ensiklopedia fisik
Dari (4) dapat disimpulkan bahwa hasil penjumlahan dua sinar cahaya koheren bergantung pada perbedaan jalur dan panjang gelombang cahaya. Panjang gelombang dalam ruang hampa ditentukan oleh besaran , dimana Dengan=310 8 m/s adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa, dan 
– frekuensi getaran cahaya. Kecepatan cahaya v dalam media transparan optik selalu lebih kecil dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa dan rasionya 
ditelepon kepadatan optik lingkungan. Nilai ini secara numerik sama dengan indeks bias absolut medium.
Frekuensi getaran cahaya menentukan warna gelombang cahaya. Saat berpindah dari satu lingkungan ke lingkungan lain, warnanya tidak berubah. Artinya frekuensi getaran cahaya pada semua media adalah sama. Namun kemudian, ketika cahaya berpindah, misalnya, dari ruang hampa ke media dengan indeks bias N panjang gelombangnya harus berubah 
, yang dapat dikonversi seperti ini:
,
dimana 0 adalah panjang gelombang dalam ruang hampa. Artinya, ketika cahaya berpindah dari ruang hampa ke media optik yang lebih padat, panjang gelombang cahayanya adalah berkurang V N sekali. Di jalur geometris 
di lingkungan dengan kepadatan optik N akan cocok
ombak (5)
Besarnya 
ditelepon panjang jalur optik ringan dalam hal:
Panjang jalur optik 
cahaya dalam suatu zat adalah hasil kali panjang lintasan geometriknya dalam medium tersebut dan kerapatan optik medium tersebut:
.
Dengan kata lain (lihat relasi (5)):
Panjang jalur optik cahaya dalam suatu zat secara numerik sama dengan panjang jalur dalam ruang hampa, di mana jumlah gelombang cahaya yang sama sesuai dengan panjang geometri zat.
Karena hasil interferensi tergantung pada pergeseran fasa antara gelombang cahaya interferensi, maka perlu dilakukan evaluasi akibat interferensi tersebut optik perbedaan jalur antara dua sinar
,
yang berisi jumlah gelombang yang sama tanpa memedulikan pada kerapatan optik medium.
2.1.3.Interferensi pada film tipis
Pembagian berkas cahaya menjadi “setengah” dan munculnya pola interferensi juga dimungkinkan dalam kondisi alami. Sebuah “alat” alami untuk membagi berkas cahaya menjadi “setengah”, misalnya, film tipis. Gambar 5 menunjukkan film transparan tipis dengan ketebalan 
, yang pada suatu sudut 
Seberkas sinar cahaya sejajar jatuh (gelombang elektromagnetik bidang). Sinar 1 dipantulkan sebagian dari permukaan atas film (balok 1), dan sebagian lagi dibiaskan ke dalam film
ki pada sudut bias 
. Berkas bias dipantulkan sebagian dari permukaan bawah dan keluar dari film sejajar dengan berkas 1 (balok 2). Jika sinar-sinar tersebut diarahkan pada lensa pengumpul L, maka pada layar E (pada bidang fokus lensa) mereka akan berinterferensi. Hasil dari intervensi akan tergantung pada optik perbedaan jalur sinar-sinar ini dari titik “pembagian”. 
ke titik pertemuan 
. Dari gambar tersebut jelas bahwa geometris perbedaan lintasan sinar-sinar ini sama dengan perbedaan geom . =ABC–AD.
Kecepatan cahaya di udara hampir sama dengan kecepatan cahaya di ruang hampa. Oleh karena itu, kerapatan optik udara dapat dianggap sebagai satu kesatuan. Jika kepadatan optik bahan film N, maka panjang jalur optik sinar bias dalam film ABCN. Selain itu, ketika sinar 1 dipantulkan dari media yang lebih padat secara optik, fase gelombang berubah ke arah sebaliknya, yaitu setengah gelombang hilang (atau sebaliknya, diperoleh). Dengan demikian, perbedaan jalur optik sinar-sinar tersebut harus ditulis dalam bentuk
grosir . = ABCN – IKLAN / . (6)
Dari gambar tersebut jelas bahwa ABC = 2D/cos R, A
IKLAN = ACdosa Saya = 2Dtg Rdosa Saya.
Jika kita memasukkan kerapatan optik udara N V=1, maka diketahui dari kursus sekolah hukum Snell memberikan ketergantungan pada indeks bias (kerapatan optik film).
. (6a)
Mengganti semua ini ke (6), setelah transformasi kita memperoleh hubungan berikut untuk perbedaan jalur optik dari sinar interferensi:
Karena ketika sinar 1 dipantulkan dari film, fase gelombang berubah menjadi sebaliknya, maka kondisi (4) untuk interferensi maksimum dan minimum dibalik:
- kondisi maks
- kondisi menit. (8)
Hal ini dapat ditunjukkan ketika lewat cahaya melalui film tipis juga menghasilkan pola interferensi. Dalam hal ini, tidak akan ada hilangnya setengah gelombang, dan kondisi (4) terpenuhi.
Demikian syaratnya maks Dan menit atas interferensi sinar yang dipantulkan dari film tipis, ditentukan oleh hubungan (7) antara empat parameter - 
Oleh karena itu:
1) dalam cahaya “kompleks” (non-monokromatik), film akan dicat dengan warna yang panjang gelombangnya 
memenuhi kondisi tersebut maks;
2) mengubah kemiringan sinar ( 
), Anda dapat mengubah ketentuannya maks, membuat film menjadi gelap atau terang, dan dengan menyinari film dengan pancaran sinar cahaya yang menyimpang, Anda dapat memperoleh garis-garis« kemiringan yang sama", sesuai dengan kondisi maks berdasarkan sudut datang 
;
3) jika film memiliki ketebalan berbeda di tempat berbeda ( 
), maka akan terlihat strip dengan ketebalan yang sama, yang syaratnya terpenuhi maks berdasarkan ketebalan 
;
4) dalam kondisi tertentu (kondisi menit bila sinar datang secara vertikal pada film), cahaya yang dipantulkan dari permukaan film akan saling menghilangkan, dan refleksi tidak akan ada apa pun dari film itu.
PANJANG JALUR OPTIK adalah hasil kali panjang lintasan berkas cahaya dan indeks bias medium (jalur yang ditempuh cahaya dalam waktu yang sama, merambat dalam ruang hampa).
Perhitungan pola interferensi dari dua sumber.
Perhitungan pola interferensi dari dua sumber koheren.
Mari kita perhatikan dua gelombang cahaya koheren yang memancar dari sumber u (Gbr. 1.11.).
Layar untuk mengamati pola interferensi (garis terang dan gelap bergantian) akan ditempatkan sejajar dengan kedua celah pada jarak yang sama.Mari kita nyatakan x sebagai jarak dari pusat pola interferensi ke titik P yang diteliti di layar.
Mari kita nyatakan jarak antar sumber sebagai D. Sumber-sumber tersebut terletak secara simetris terhadap pusat pola interferensi. Dari gambar tersebut jelas bahwa
Karena itu
dan perbedaan jalur optik sama dengan
Perbedaan jalurnya adalah beberapa panjang gelombang dan selalu jauh lebih kecil, jadi kita dapat berasumsi demikian Maka ekspresi perbedaan jalur optik akan berbentuk sebagai berikut:
Karena jarak dari sumber ke layar jauh lebih besar daripada jarak dari pusat pola interferensi ke titik pengamatan, kita dapat berasumsi demikian. e.
Mengganti nilai (1,95) ke dalam kondisi (1,92) dan menyatakan x, kita memperoleh bahwa intensitas maksimum akan diamati pada nilai
, (1.96)
dimana adalah panjang gelombang dalam medium, dan M adalah urutan interferensi, dan X maks - koordinat intensitas maksimal.
Substitusikan (1,95) ke kondisi (1,93), kita peroleh koordinat intensitas minimum
, (1.97)
Pola interferensi akan terlihat di layar, berupa garis terang dan gelap yang berselang-seling. Warna garis cahaya ditentukan oleh filter yang digunakan dalam pemasangan.
Jarak antara minimum (atau maksimum) yang berdekatan disebut lebar pinggiran interferensi. Dari (1.96) dan (1.97) maka jarak-jarak tersebut mempunyai nilai yang sama. Untuk menghitung lebar pinggiran interferensi, Anda perlu mengurangkan koordinat maksimum yang berdekatan dari nilai koordinat satu maksimum
Untuk tujuan ini, Anda juga dapat menggunakan nilai koordinat dari dua nilai minimum yang berdekatan.
Koordinat intensitas minimum dan maksimum.
Panjang jalur sinar optik. Syarat memperoleh interferensi maxima dan minima.
Dalam ruang hampa kecepatan cahaya sama dengan , dalam medium dengan indeks bias n kecepatan cahaya v menjadi lebih kecil dan ditentukan oleh hubungan (1,52)
Panjang gelombang dalam ruang hampa, dan dalam suatu medium, adalah n kali lebih kecil dari pada ruang hampa (1,54):
Ketika berpindah dari satu medium ke medium lain, frekuensi cahaya tidak berubah, karena gelombang elektromagnetik sekunder yang dipancarkan oleh partikel bermuatan dalam medium tersebut merupakan hasil osilasi paksa yang terjadi pada frekuensi gelombang datang.
Biarkan dua titik sumber cahaya koheren memancarkan cahaya monokromatik (Gbr. 1.11). Bagi mereka, kondisi koherensi harus dipenuhi: Ke titik P, sinar pertama merambat dalam medium dengan indeks bias - suatu lintasan, sinar kedua merambat dalam medium dengan indeks bias - suatu lintasan. Jarak dari sumber ke titik pengamatan disebut panjang geometri jalur sinar. Hasil kali indeks bias medium dan panjang lintasan geometri disebut panjang lintasan optik L=ns. L 1 = dan L 1 = masing-masing adalah panjang optik jalur pertama dan kedua.
Misalkan u adalah kecepatan fasa gelombang.
Sinar pertama akan menimbulkan osilasi di titik P:
, (1.87)
dan sinar kedua adalah getaran
, (1.88)
Beda fasa antara osilasi yang dibangkitkan oleh sinar-sinar di titik P adalah:
, (1.89)
Penggandanya sama dengan (- panjang gelombang dalam ruang hampa), dan ekspresi perbedaan fasa dapat diberikan dalam bentuk
ada besaran yang disebut perbedaan jalur optik. Saat menghitung pola interferensi, yang harus diperhitungkan adalah perbedaan optik pada jalur sinar, yaitu indeks bias media tempat sinar merambat.
Dari rumus (1.90) jelas bahwa jika perbedaan jalur optik sama dengan bilangan bulat panjang gelombang dalam ruang hampa
maka akan terjadi beda fasa dan osilasi dengan fasa yang sama. Nomor M disebut urutan interferensi. Oleh karena itu, kondisi (1,92) merupakan kondisi interferensi maksimum.
Jika sama dengan setengah bilangan bulat panjang gelombang dalam ruang hampa,
, (1.93)
Itu 
, sehingga osilasi di titik P berada dalam antifase. Kondisi (1.93) merupakan kondisi interferensi minimum.
Jadi, jika pada panjang yang sama dengan perbedaan jalur optik sinar-sinar tersebut, terdapat jumlah setengah panjang gelombang yang genap, maka intensitas maksimum diamati pada titik tertentu di layar. Jika terdapat jumlah setengah panjang gelombang ganjil sepanjang perbedaan jalur sinar optik, maka iluminasi minimum diamati pada titik tertentu di layar.
Ingatlah bahwa jika dua jalur sinar setara secara optik, maka keduanya disebut tautochronous. Sistem optik - lensa, cermin - memenuhi kondisi tautochronisme.
Hukum dasar optik geometris telah dikenal sejak zaman dahulu kala. Jadi, Plato (430 SM) menetapkan hukum perambatan cahaya bujursangkar. Risalah Euclid merumuskan hukum rambat cahaya bujursangkar dan hukum persamaan sudut datang dan pantulan. Aristoteles dan Ptolemeus mempelajari pembiasan cahaya. Tapi kata-kata yang tepat dari ini hukum optik geometris Para filsuf Yunani tidak dapat menemukannya. Optik geometris adalah kasus pembatas optik gelombang, kapan panjang gelombang cahaya cenderung nol. Fenomena optik paling sederhana, seperti munculnya bayangan dan produksi gambar pada instrumen optik, dapat dipahami dalam kerangka optik geometris.
Konstruksi formal optik geometris didasarkan pada empat hukum ditetapkan secara eksperimental: · hukum perambatan cahaya bujursangkar; · hukum independensi sinar cahaya; · hukum pemantulan; · hukum pembiasan cahaya. Untuk menganalisis hukum-hukum ini, H. Huygens mengusulkan metode yang sederhana dan visual, kemudian dipanggil Prinsip Huygens .Setiap titik yang dicapai oleh eksitasi cahaya adalah ,pada gilirannya, pusat gelombang sekunder;permukaan yang menyelimuti gelombang sekunder tersebut pada suatu waktu tertentu menunjukkan posisi muka gelombang yang sebenarnya merambat pada saat itu.
Berdasarkan metodenya, jelas Huygens kelurusan rambat cahaya dan dibawa keluar hukum refleksi Dan pembiasan .Hukum perambatan cahaya bujursangkar :· cahaya merambat lurus dalam medium optik homogen.Bukti dari hukum ini adalah adanya bayangan dengan batas tajam dari benda buram ketika disinari oleh sumber kecil.Namun, eksperimen yang cermat telah menunjukkan bahwa hukum ini dilanggar jika cahaya melewati lubang yang sangat kecil, dan penyimpangan dari kelurusan rambat adalah semakin besar, semakin kecil lubangnya.
Bayangan yang ditimbulkan oleh suatu benda ditentukan oleh kelurusan sinar cahaya dalam media yang homogen secara optik Gambar 7.1 Ilustrasi astronomi perambatan cahaya bujursangkar dan, khususnya, pembentukan umbra dan penumbra dapat disebabkan oleh naungan beberapa planet oleh planet lain, misalnya gerhana bulan , ketika Bulan jatuh ke dalam bayangan Bumi (Gbr. 7.1). Akibat gerak timbal balik Bulan dan Bumi, bayangan Bumi bergerak melintasi permukaan Bulan, dan gerhana bulan melewati beberapa fase parsial (Gbr. 7.2).
Hukum independensi berkas cahaya :· efek yang dihasilkan oleh sinar individu tidak bergantung pada apakah,apakah kumpulan lainnya bertindak secara bersamaan atau apakah kumpulan tersebut dieliminasi. Dengan membagi fluks cahaya menjadi berkas cahaya terpisah (misalnya, menggunakan diafragma), dapat ditunjukkan bahwa aksi berkas cahaya yang dipilih adalah independen. Hukum Refleksi (Gbr. 7.3): sinar pantul terletak pada bidang yang sama dengan sinar datang dan tegak lurus,ditarik ke antarmuka antara dua media pada titik tumbukan;· sudut datangα sama dengan sudut pantulγ: α = γ
Untuk mendapatkan hukum refleksi Mari kita gunakan prinsip Huygens. Mari kita asumsikan bahwa gelombang bidang (muka gelombang AB Dengan, jatuh pada antarmuka antara dua media (Gbr. 7.4). Saat gelombang depan AB akan mencapai permukaan pantulan pada titik tersebut A, titik ini akan mulai memancar gelombang sekunder .· Agar gelombang dapat menempuh jarak tertentu Matahari waktu yang dibutuhkan Δ T = SM/ υ . Dalam waktu yang sama, bagian depan gelombang sekunder akan mencapai titik-titik belahan bumi, jari-jarinya IKLAN yang sama dengan: υ Δ T= matahari. Posisi muka gelombang yang dipantulkan pada saat ini, sesuai dengan prinsip Huygens, diberikan oleh bidang DC, dan arah rambat gelombang ini adalah sinar II. Dari persamaan segitiga ABC Dan ADC mengalir keluar hukum refleksi: sudut datangα sama dengan sudut pantul γ . Hukum pembiasan (hukum Snell) (Gbr. 7.5): sinar datang, sinar bias, dan garis tegak lurus yang ditarik ke antarmuka pada titik datang terletak pada bidang yang sama;· perbandingan sinus sudut datang dengan sinus sudut bias adalah nilai konstan untuk media tertentu.
Penurunan hukum pembiasan. Mari kita asumsikan bahwa gelombang bidang (muka gelombang AB), merambat dalam ruang hampa sepanjang arah I dengan kecepatan Dengan, jatuh pada antarmuka dengan medium yang kecepatan rambatnya sama kamu(Gambar 7.6) Misalkan waktu yang dibutuhkan gelombang untuk menempuh suatu lintasan Matahari, sama dengan D T. Kemudian SM = s D T. Dalam waktu yang sama, bagian depan gelombang tereksitasi oleh suatu titik A dalam lingkungan dengan kecepatan kamu, akan mencapai titik-titik belahan bumi yang jari-jarinya IKLAN = kamu D T. Posisi muka gelombang yang dibiaskan pada saat ini, sesuai dengan prinsip Huygens, diberikan oleh bidang DC, dan arah rambatnya menurut sinar III . Dari Gambar. 7.6 jelas bahwa, mis. .Ini menyiratkan hukum Snell : Rumusan hukum perambatan cahaya yang sedikit berbeda diberikan oleh ahli matematika dan fisikawan Perancis P. Fermat.
Penelitian fisika sebagian besar berkaitan dengan optik, di mana ia menetapkan prinsip dasar optik geometris (prinsip Fermat) pada tahun 1662. Analogi antara prinsip Fermat dan prinsip variasi mekanika memainkan peranan penting dalam perkembangan dinamika modern dan teori instrumen optik. Prinsip Fermat
, cahaya merambat antara dua titik sepanjang jalur yang memerlukan waktu paling sedikit.
Mari kita tunjukkan penerapan prinsip ini untuk memecahkan masalah pembiasan cahaya yang sama.Sinar dari sumber cahaya S terletak di ruang hampa menuju ke titik DI DALAM, terletak di beberapa media di luar antarmuka (Gbr. 7.7). 
Di setiap lingkungan, jalur terpendek adalah lurus S.A. Dan AB. Titik A dicirikan oleh jarak X dari garis tegak lurus yang dijatuhkan dari sumber ke antarmuka. Mari kita tentukan waktu yang dihabiskan untuk menempuh jalur tersebut SAB:
.Untuk mencari nilai minimum, kita cari turunan pertama dari τ terhadap X dan menyamakannya dengan nol: , dari sini kita sampai pada ungkapan yang sama yang diperoleh berdasarkan prinsip Huygens: Prinsip Fermat masih tetap penting hingga saat ini dan menjadi dasar rumusan umum hukum mekanika (termasuk hukum mekanika). teori relativitas dan mekanika kuantum).Dari prinsip Fermat mempunyai beberapa konsekuensi. Reversibilitas sinar cahaya
: jika Anda membalikkan sinarnya III (Gbr. 7.7), menyebabkannya jatuh ke antarmuka pada suatu sudutβ, maka sinar bias pada medium pertama akan merambat membentuk sudut α, yaitu ia akan bergerak ke arah yang berlawanan sepanjang balok SAYA .
Contoh lainnya adalah fatamorgana
, yang sering diamati oleh para pelancong di jalan yang panas. Mereka melihat sebuah oasis di depan, namun sesampainya di sana, ada pasir di sekelilingnya. Intinya dalam hal ini kita melihat cahaya melewati pasir. Udara di atas jalan itu sendiri sangat panas, dan di lapisan atasnya lebih dingin. Udara panas, mengembang, menjadi lebih tipis dan kecepatan cahaya di dalamnya lebih besar dibandingkan di udara dingin. Oleh karena itu, cahaya tidak merambat dalam garis lurus, melainkan sepanjang lintasan dengan waktu terpendek, berubah menjadi lapisan udara hangat. Jika cahaya berasal media indeks bias tinggi
(secara optik lebih padat) ke medium yang indeks biasnya lebih rendah
(secara optik kurang padat) ( > ) ,
misalnya dari kaca menjadi udara, maka menurut hukum pembiasan, sinar bias menjauhi garis normal
dan sudut bias β lebih besar dari sudut datang α (Gbr. 7.8 A).
Dengan bertambahnya sudut datang, sudut bias juga bertambah (Gbr. 7.8 B, V), sampai pada sudut datang tertentu () sudut biasnya sama dengan π/2.Sudut tersebut disebut batas sudut
. Pada sudut datang α >
semua cahaya datang dipantulkan seluruhnya (Gbr. 7.8 G).
· Ketika sudut datang mendekati sudut pembatas, intensitas sinar bias berkurang, dan sinar pantul bertambah. · Jika , maka intensitas sinar bias menjadi nol, dan intensitas sinar pantul sama dengan intensitas dari kejadian satu (Gbr. 7.8 G).
· Dengan demikian,pada sudut datang mulai dari hingga π/2,sinarnya tidak dibiaskan,dan tercermin sepenuhnya pada hari Rabu pertama,Selain itu, intensitas sinar pantul dan sinar datang adalah sama. Fenomena ini disebut refleksi lengkap.
Sudut batas ditentukan dari rumus: 
;
.Fenomena pemantulan total digunakan pada prisma pemantulan total
(Gbr. 7.9). 
Indeks bias kaca adalah n » 1,5, oleh karena itu merupakan sudut pembatas antarmuka kaca-udara = arcsin (1/1.5) = 42° Ketika cahaya jatuh pada batas kaca-udara di α > 42° akan selalu terjadi pemantulan total. Gambar 7.9 menunjukkan prisma pemantulan total yang memungkinkan: a) memutar sinar sebesar 90°; b) memutar bayangan; c) membungkus sinar. Prisma refleksi total digunakan dalam instrumen optik (misalnya, dalam teropong, periskop), serta dalam refraktometer yang memungkinkan untuk menentukan indeks bias suatu benda (menurut hukum bias, dengan mengukur , kita menentukan indeks bias relatif dua media, serta indeks bias mutlak salah satu media, jika indeks bias media kedua diketahui).
Fenomena refleksi total juga digunakan dalam panduan cahaya , yaitu benang (serat) tipis dan melengkung acak yang terbuat dari bahan transparan secara optik. 7.10 Pada bagian serat, digunakan serat kaca, yang inti (inti) pemandu cahayanya dikelilingi oleh kaca - cangkang yang terbuat dari kaca lain dengan indeks bias lebih rendah. Insiden cahaya di ujung panduan cahaya pada sudut yang lebih besar dari batasnya , mengalami antarmuka inti-shell refleksi total dan hanya merambat di sepanjang inti pemandu cahaya.Panduan cahaya digunakan untuk membuat kabel telegraf-telepon berkapasitas tinggi . Kabel tersebut terdiri dari ratusan dan ribuan serat optik setipis rambut manusia. Melalui kabel seperti itu, setebal pensil biasa, hingga delapan puluh ribu percakapan telepon dapat ditransmisikan secara bersamaan. Selain itu, pemandu cahaya digunakan dalam tabung sinar katoda serat optik, dalam mesin penghitung elektronik, untuk pengkodean informasi, dalam pengobatan ( misalnya diagnostik lambung), untuk tujuan optik terintegrasi.
