Светлавы прамень

З пляцоўкі Вікіпедыя
Jump to navigation Jump to search

Светлавы прамень у геаметрычнай оптыцы — лінія, уздоўж якой пераносіцца светлавая энергія. Менш выразна, але больш наглядна, можна назваць светлавым промнем пучок святла малога папярочнага памеру.

Паняцце светлавога праменя з’яўляецца краевугольным прыбліжэннем геаметрычнай оптыкі. У гэтым азначэнні маецца на ўвазе, што кірунак патоку прамяністай энергіі (ход светлавога праменя) не залежыць ад папярочных памераў пучка святла. З-за таго, што святло ўяўляе сабой хвалевую з’яву, мае месца дыфракцыя, і ў выніку вузкі пучок святла распаўсюджваецца не ў адным кірунку, а мае канечнае вуглавое размеркаванне.

Аднак у тых выпадках, калі характэрныя папярочныя памеры пучкоў святла дастаткова вялікія ў параўнанні з даўжынёй хвалі, можна не ўлічваць разыходнасць пучка святла і лічыць, што ён распаўсюджваецца толькі ў адным напрамку — уздоўж светлавога праменя.

Эйканальнае прыбліжэнне ў хвалевай оптыцы[правіць | правіць зыходнік]

Паняцце светлавога прамяня можна вывесці і са строгай хвалевай тэорыі святла ў рамках так званага эйканальнага прыбліжэння[en]. У гэтым прыбліжэнні лічыцца, што ўсе ўласцівасці асяроддзя, праз якое праходзіць святло, змяняюцца на адлегласцях парадку даўжыні хвалі святла вельмі слаба. У выніку, электрамагнітную хвалю ў асяроддзі можна лакальна разглядаць як кавалачак фронту плоскай хвалі з некаторым вызначаным вектарам групавой скорасці (якая, па азначэнню, і адказная за перанос энергіі). Такім чынам, сукупнасць усіх вектараў групавой скорасці ўтварае некаторае вектарнае поле. Прасторавыя крывыя, датычныя да гэтага полі ў кожнай кропцы, і называюць светлавымі праменямі. Паверхні, артаганальныя у кожным пункце полю групавых скарасцей, называюцца хвалевымі паверхнямі.

У эйканальным прыбліжэнні ўдаецца замест ураўнення для электрамагнітнай хвалі атрымаць ураўненне для распаўсюджвання светлавога патоку (гэта значыць, для квадрата амплітуды электрамагнітнай хвалі) — ураўненне эйканала[en]. Рашэннямі ўраўнення эйканала якраз і з’яўляюцца светлавыя прамяні, выпушчаныя з зададзенай кропкі.

Ход светлавых прамянёў[1][правіць | правіць зыходнік]

Светлавыя прамяні і прынцып Ферма[правіць | правіць зыходнік]

Калі ўласцівасці асяроддзя не залежаць ад каардынат, то светлавыя прамяні з’яўляюцца прамымі. Гэта вынікае непасрэдна з эйканальнага прыбліжэння хвалевай оптыкі, аднак тое ж самае зручна сфармуляваць выключна ў тэрмінах геаметрычнай оптыкі з дапамогай прынцыпу Ферма. Неабходна, аднак, падкрэсліць, што прымянімасць самога прынцыпу Ферма да ходу светлавых прамянёў абгрунтоўваецца толькі на ўзроўні хвалевай оптыкі.

Законы праламлення і адбіцця[правіць | правіць зыходнік]

Відавочна, што законы геаметрычнай оптыкі не змогуць дапамагчы ў выпадках, калі адно асяроддзе рэзка, на адлегласцях менш даўжыні хвалі святла, змяняецца іншым асяроддзем. У прыватнасці, геаметрычная оптыка не можа адказаць на пытанне, чаму ўвогуле павінна існаваць праламленне або адбіццё святла. Адказы на гэтыя пытанні дае хвалевая оптыка, аднак выніковы закон праламлення святла і закон адбіцця святла могуць быць сфармуляваны зноў жа на мове геаметрычнай оптыкі.

Гамацэнтрычныя пучкі[правіць | правіць зыходнік]

Набор блізкіх светлавых прамянёў можа разглядацца як пучок святла. Папярочныя памеры пучка святла не абавязаны заставацца нязменнымі, бо ў агульным выпадку розныя светлавыя прамяні не паралельныя адзін аднаму.

Важным выпадкам пучкоў святла з’яўляюцца гамацэнтрычныя пучкі, гэта значыць пучкі такога святла, усе прамяні якога перасякаюцца ў якой-небудзь кропцы прасторы. Такія пучкі святла могуць быць фармальна атрыманы з кропкавай крыніцы святла ці з плоскага светлавога фронту з дапамогай ідэальнай лінзы. Стандартныя задачы на ​​пабудову выяў у аптычных сістэмах выкарыстоўваюць якраз уласцівасці такіх пучкоў.

Негамацэнтрычныя пучкі не сыходзяцца ў адну кропку прасторы. Замест гэтага, кожны малы ўчастак такога пучка сыходзіцца ў свой фокус. Геаметрычнае месца ўсіх такіх фокусаў негамацэнтрычных пучкоў называецца каўстыкай.

Зноскі

  1. Борн М., Вольф Э.. Основы оптики. М., 1973.

Літаратура[правіць | правіць зыходнік]

  • Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М., 1973.
  • Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика. М., «Наука», 1985.
  • Ф. А. Королев, «Теоретическая оптика», М., «Высшая. школа», 1996.