Файл: Новая геодезическая техника и ее применение в строительстве учеб. пособие.pdf

волны). Это свойство электромагнитных волн, называемое ди­ сперсией, особенно резко выражено у световых волн. Скорость света в воздухе уменьшается с уменьшением длины волны.

Так как при измерениях практически пользуются смешанным по спектральному составу световым потоком, то вычисляют так называемую групповую скорость света и

где п — показатель преломления воздуха для групповой скорости света.

В зависимости от состояния воздушной среды при решении геодезических задач показатель преломления представляют в виде

где Xv —длина волны света (в микронах), соответствующая мак­ симуму спектральной чувствительности приемника излучения.

Волновые свойства света широко используются в инженерной геодезии при решении задач методами интерференции, дифрак­ ции, двойного лучепреломления и поляризации.

§ I. 2. Основные законы распространения света

При объяснении основных законов распространения света используют понятия светящейся точки и светового луча. Светя­ щейся точкой называется геометрическая точка, являющаяся источником световых колебаний. Световым лучом называется линия, по которой распространяется свет от источника. Раздел оптики, который изучает распространение света, пользуясь при­ веденными понятиями светящейся точки и светового луча, назы­ вается геометрической оптикой.

Геометрическая оптика базируется на следующих законах распространения света:

1)в однородной прозрачной среде свет распространяется пря­ молинейно;

2)лучи света распространяются независимо друг от друга;

3)лучи света могут отражаться, т. е. изменять первоначаль­ ное направление на обратное, на границе раздела двух сред.

7

Отражение может быть правильным (зеркальным), если неров­ ности на границе двух сред меньше длины волны падающего све­ та; в этом случае виден сам источник света, а граница раздела не видна; угол I падения луча равен по абсолютной величине углу — i отражения и обратен по знаку. Отражение может быть непра­ вильным (диффузным), если неровности на границе двух сред больше длины волны света. При диффузном отражении видна граница двух сред, а источник света не виден. Угол падения и угол отражения при этом не равны друг другу и распределяются по закону случайных величин;

4) лучи света могут преломляться, т. е. изменять направление распространения на границе раздела двух сред, скорость распро­ странения в которых различна. При этом отношение синуса угла падения ц к синусу угла преломления i2 для данных двух сред есть величина постоянная и равная отношению показателей пре­ ломления «2 и ti\ этих двух сред:

полным внутренним отражением от границы раздела двух сред. Если луч переходит из среды оптически более плотной п в среду оптически менее плотную п', то угол преломления /' будет больше угла падения L Увеличивая угол падения/, можно получить такое значение угла преломления, при котором преломленный луч будет

Угол V называется углом полного внутреннего отражения; преломление прекращается и остается лишь отраженный луч. При этом отражение происходит под углом, равным углу паде­ ния. Явление полного внутреннего отражения замечательно тем, что отраженный луч несет в себе полную энергию падающего лу­ ча. Поэтому полное внутреннее отражение широко используется в оптических геодезических приборах.

§ I. 3. Интерференция и дифракция света

Интерференция — явление, возникающее при сложении двух и более световых волн и проявляющееся в том, что интенсивность результирующего колебания в зависимости от разности фаз скла-

8

дывающихся колебаний может быть больше или меньше суммы

ветствии с принципом Гюйгенса каждое из отверстий, до которых дошла сферическая световая волна, можно рассматривать как самостоятельные источники света, независимо излучающие вторичную сферическую световую волну. Поскольку расстояния 5 Ь 5 2 и А\ Л о неизменны, то вторичные световые волны когерентны, т. е. их колебания сдвинуты по фазе относительно друг друга на постоянную величину. Такие колебания будут интерферировать, и в плоскости экрана можно наблюдать интерференционную кар­ тину в виде чередующихся темных и светлых концентрических колец. Темные кольца соответствуют разности хода лучей для точки М на нечетное' количество полуволн

9

Расстояние между серединами двух светлых или темных полос

следующие кольца, носящие названия максимумов первого, вто­ рого и т. д. порядков.

Дифракция света — явление отклонения световых лучей от прямолинейного направления при прохождении ими среды с рез­ кими оптическими неоднородностями, а также при всяком огра-

ничении световых пучков препятствиями. Дифракция обусловлена волновыми

свойствами света.

При прохождении света сквозь щели и отверстия, а также при освещении точеч­ ным источником света непро­ зрачных препятствий, разме­ ры которых соизмеримы с длиной волны света, на эк­ ране, установленном позади отверстий или препятствий, вместо четко разграничен-

ных областей света и тени будет наблюдаться система максиму­ мов и минимумов освещенности. Эти же явления возникают и при прохождении света сквозь среду с резко выраженными не­ однородностями показателя преломления. Наблюдаемая на экра­

среде распространяется сферическая монохроматическая волна. Кривая Ф — положение, занимаемое фронтом волны в некоторый момент времени; М — произвольная точка перед фронтом волны.

волны, но и от всех других точек фронта, которые, по Френелю, рассматриваются как самостоятельные источники излучения. Проведем ряд сфер с центром в точке М радиусами равными со­ ответственно

10