Линзой называется прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими поверхностями. Если толщина самой линзы мала по сравнению с радиусами кривизны сферических поверхностей, то линзу называют тонкой.

Линзы входят в состав практически всех оптических приборов. Линзы бывают собирающими и рассеивающими. Собирающая линза в середине толще, чем у краев, рассеивающая линза, наоборот, в средней части тоньше (рис. 3.3.1).

Прямая, проходящая через центры кривизны O₁ и O₂ сферических поверхностей, называется главной оптической осью линзы. В случае тонких линз приближенно можно считать, что главная оптическая ось пересекается с линзой в одной точке, которую принято называть оптическим центром линзы O. Луч света проходит через оптический центр линзы, не отклоняясь от первоначального направления. Все прямые, проходящие через оптический центр, называются побочными оптическими осями.

	Построить изображение отрезка - предмета AB, расположенного перед собирающей линзой, так что расстояние от предмета до линзы: d =2F. РЕШЕНИЕ Предмет находится от линзы на расстоянии, равном двойному фокусному расстоянию: изображение действительное, перевернутое, равное предмету.

Принцип Гюйгенса. Каждая точка среды, до которой доходит волна, служит центром вторичных волн, а огибающая этих волн даёт положение волнового фронта в следующий момент времени

Пусть на границу раздела двух сред (рис. 273) падает параллельный пучок лучей, образуя угол с перпендикуляром к поверхности раздела. Согласно закону преломления пучок преломленных лучей будет распространяться по направлению, задаваемому углом . Закон преломления, выведенный из опыта, гласит:

,

где — показатель преломления второй среды относительно первой,— есть величина, не зависящая от угла падения света и характеризующая свойства обеих сред.

Рис. 273. К нахождению закона преломления волн. — поверхность падающей волны, — поверхность раздела двух сред, — поверхность преломленной волны

Согласно волновым представлениям описанная задача сводится к следующему. На поверхность раздела падает плоская волна, поверхность которой составляет угол с поверхностью раздела. Скорость распространения волны в первой среде есть во второй — .

Для нахождения закона преломления и показателя преломления воспользуемся принципом Гюйгенса. Задача решается без труда, если мы выберем в качестве центров вторичных волн точки, лежащие на границе раздела. Пусть в момент времени падающая плоская волна достигает в точке границы раздела, т. е. поверхность падающей волны имеет положение . Найдем положение огибающей к моменту , когда тачка В поверхности падающей волны успеет достигнуть границы раздела в точке . Так как скорость волны в первой среде есть то расстояние равно . Вторичная волна из точки успеет за это время распространиться во второй среде на расстояние . Точка будет достигнута первичной волной несколько позже, и вторичная волна от нее успеет к моменту проникнуть во вторую среду на меньшую глубину, равную ; от точки глубина проникновения будет еще меньше — ; от точки к моменту распространение волны еще не начнется, ибо к этому моменту точка только будет достигнута первичной волной. Построив огибающую, которая оказывается плоскостью, касающейся всех вторичных сферических волн, найдем линию — положение фронта преломленной волны; этот фронт распространяется во второй среде со скоростью по направлению , задаваемому углом .

Из и найдем соотношение между углами и , т. е. закон преломления. Действительно, , откуда

/

Если обозначить отношение , через , то получим закон преломления в обычной его форме . Величина не зависит от углов и , и носит название показателя преломления.

Мы не только нашли путем рассуждений Гюйгенса правильный закон преломления, но и объяснили физический смысл показателя преломления : показатель преломления равен отношению скорости световой волны в первой среде к скорости ее во второй.

Если первая среда воздух (или вакуум, что для многих вопросов практически одно и то же), а вторая — вода, то из опыта известно, что . Таким образом, наши рассуждения приводят к выводу, что скорость света в воздухе (вакууме) в 1,33 раза больше, чем в воде. Мы увидим (§ 153), что прямые измерения скорости света в воде и в воздухе подтверждают этот вывод.

Аналогичным способом можно рассмотреть явления отражения волны. Мы найдем закон отражения: угол отражения равен углу падения.

Монохроматические волны

Монохроматическая волна - это строго гармоническая (синусоидальная) волна с постоянными во времени частотой, амплитудой и начальной фазой.

Амплитуда и фаза такой волны могут изменяться от одной точки пространства к другой, частота же остается постоянной во всем пространстве.

Монохроматические волны не ограничены ни во времени, ни в пространстве, т.е. не имеют ни начала, ни конца. Поэтому они не могут быть реализованы в действительности. Однако эти идеализации играют громадную роль в учении о волнах и мы будем ими пользоваться.