Еще до установления природы света были известны следующие основные законы оптики: закон прямолинейного распространения света в оптически однородной среде; закон независимости световых пучков (справедлив только в линейной оптике); закон отражения света; закон преломления света.
Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде распространяется прямолинейно.
Доказательством этого закона является наличие тени с резкими границами от непрозрачных предметов при освещении их точечными источниками света (источники, размеры которых значительно меньше освещаемого предмета и расстояния до него).
Закон независимости световых пучков: эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены.
Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч I (рис.25.1.) разделяется на два — отраженный II и преломленный III, направления которых задаются законами отражения и преломления.
Закон отражения: отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела Рис. 25.1.
двух сред в точке падения; угол i 1 ' отражения равен углу i 1 падения:
i 1 '= i 1. (25.1)
Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр, проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред:
= n 21, (25.2)
где n 21 — относительный показатель преломления второй среды относительно первой.
Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:
n 21 = 
. (25.3)
Абсолютным показателем преломления среды называется величина n 1 равная отношению скорости с электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости u в среде:
n 1 =с/u. (24.4)
также п = 
, где ε и μ — соответственно электрическая и магнитная проницаемости среды.
Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления n 1 (оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n 2(оптически менее плотную) (n 1> n 2), например, из стекла в воду, то
sin i 2 / sin i 1 = n 1 /n 2> 1. (25.5)
Отсюда следует, что преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления i 2больше, чем угол падения i 1 (рис. 25.2.а). С увеличением угла падения увеличивается угол преломления (рис.25.2.б, в) до тех пор, пока при некотором угле падения (i 1 = iпр) угол преломления не окажется Рис.24.2.
равным π/ 2. Угол iпр называется предельным углом. При углах падения i 1 > iпр весь падающий свет полностью отражается (рис.25.2. г).
По мере приближения угла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного — растет (рис. 25.2.а—в). Если i 1 = iпр, то интенсивность преломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего (рис. 25.2.г). Таким образом, при углах падения в пределах iпр до π /2 луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причем интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением.
Предельный угол iпр
sin iпр = n 2 /n 1= n 21. (25.6)
Явление полного отражения используется в оптических приборах (например, в биноклях, перископах), а также в рефрактометрах, позволяющих определять показатели преломления тел.
Явление полного отражения используется также в световодах, представляющих собой тонкие, произвольным образом изогнутые нити (волокна) из оптически прозрачного материала.
Световоды используются в электронно-лучевых трубках, в электронно-счетных машинах, для кодирования информации, в медицине (например, диагностика желудка), для целей интегральной оптики и т. д.
Коэффициент отражения
R = 
, (25.7)
где Iотр - интенсивность отраженного луча; Iпад - интенсивность падающего луча
Iотр = Iпад 
. (25.8)
Тогда R = = 
. (25.9)
Коэффициент прозрачности Т = 
, (25.10)
где Iпрел – интенсивность преломленного луча
Iпрел = Iпад - Iотр = Iпад 
,(25.10)
Т = 1- R = . (25.11)
