Геометрическая оптика

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

ВЛАДИМИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ГЕОМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИКА

Студента Мальцева С.А.

Физико-математического факультета

группы ФМ-31

преподаватель Повалишникова А.С.

ВЛАДИМИР 2002

Содержание

Исторические факты и основные законы геометрической оптики

Построение изображений в линзах

Список литературы

Исторические факты и основные законы геометрической оптики

Оптика относится к таким наукам, первоначальные представления которых возникли в глубокой древности. На протяжении своей многовековой истории она испытывала непрерывное развитие и настоящее время является одной из фундаментальных физических наук, обогащаясь открытиями все новых явлений и законов.

Важнейшая проблема оптики - вопрос о природе света. Первые представления о природе света возникли в древние века. Античные мыслители пытались понять сущность световых явлений, базируясь на зрительных ощущениях. Древние индусы думали, что глаз имеет "огненную природу". Греческий философ и математик Пифагор (582-500 гг. до н. э) и его школа считали, что зрительные ощущения возникают благодаря тому, что из глаз к предметам исходят "горячие испарения". В своем дальнейшем развитии эти взгляды приняли более четкую форму в виде теории зрительных лучей, которая была развита Евклидом (300 лет до н.э.). Согласно этой теории зрение обусловлено тем, что из глаз истекают "зрительные лучи", которые ощупывают своими концами тела и создают зрительные ощущения. Евклид является основоположником учения о прямолинейном распространении света. Применив к изучению света математику, он установил законы отражения света от зеркал. Следует отметить, что для построения геометрической теории отражения света от зеркал не имеет значения природа происхождения света, а важно лишь свойство его прямолинейного распространения. Найденные Евклидом закономерности сохранились и в современной геометрической оптике. Евклиду было знакомо и преломление света. В более позднее время аналогичные взгляды развивал Птолемей (70-147 гг. н. э). Им уделялось большое внимание изучению явлений преломления света; в частности, Птолемей производил много измерений углов падения и преломления, но закона преломления ему установить не удалось. Птолемей заметил, что положение светил на небе меняется вследствие преломления света в атмосфере.

Кроме Евклида, действие вогнутых зеркал знали и другие ученые древности. Архимеду (287-212 гг. до н.э.) приписывают сожжение неприятельского флота при помощи системы вогнутых зеркал, которыми он собирал солнечные лучи и направлял на римские корабли. Определенный шаг вперед сделал Эмпедокл (492-432 гг. до н.э.), который считал, что от светящихся тел направляются истечения к глазам, а из глаз исходят истечения по направлению к телам. При встрече этих истечений возникают зрительные ощущения. Знаменитый греческий философ, основатель атомистики, Демокрит (460-370 гг. до н.э.) полностью отвергает представление о зрительных лучах. Согласно воззрениям Демокрита, зрение обусловлено падением на поверхность глаза мелких атомов, исходящих от предметов. Аналогичных взглядов позднее придерживался Эпикур (341-270 гг. до н.э.). Решительным противником "теории зрительных лучей" был и знаменитый греческий философ Аристотель (384-322 гг. до н.э.), который считал, что причина зрительных ощущений лежит вне человеческого глаза. Аристотель сделал попытку дать объяснение цветам как следствию смешения света и темноты.

Следует отметить, что воззрения древних мыслителей в основном базировались на простейших наблюдениях явлений природы. Античная физика не имела под собой необходимого фундамента в виде экспериментальных исследований. Поэтому учение древних о природе света носит умозрительный характер. Тем не менее, хотя эти воззрения в большинстве являются гениальными догадками, они, безусловно, оказали большое влияние на дальнейшее развитие оптики.

Распад рабовладельческого общества, приведший к гибели античных государств, сопровождался разрушением значительной части культурного наследия древних. Это привело к упадку во всех областях науки и в том числе к упадку физических знаний. Особенно неблагоприятные условия сложились вследствие установления господства христианской церкви на тех территориях, где раньше развивалась античная наука. В философии господствующее положение заняла схоластика, в основу которой были положены догматы христианской религии. Господство церкви, владычество инквизиции, распространение лженаук, враждебность к материалистическому объяснению мира со стороны ученых-схоластов, представителей инквизиции - все это создало исключительно неблагоприятные условия для развития истинного знания. В первый период средневековья (150-700 гг. н.э.) не было каких-либо серьезных работ в области оптики. В период с семисотых годов нашей эры наблюдается прогресс науки у арабов.

Арабский физик Альгазен (1038) в своих исследованиях развил ряд вопросов оптики. Он занимался изучением глаза, преломлением света, отражением света в вогнутых зеркалах. При изучении преломления света Альгазеи, в противоположность Птолемею, доказал, что углы падения и преломления не пропорциональны, что было толчком к дальнейшим исследованиям с целью отыскания закона преломления. Альгазену известна увелич