1. אופטיקה
אופטיקה היא תחום בפיזיקה המתאר את התכונות וההתנהגות של האור, ואת יחסי הגומלין בין אור לחומר
אופטיקה גאומטרית הינה ענף בפיזיקה העוסק בתופעות האור שניתנות להתפרש כהתפשטות האור בקווים ישרים הנקראים "קרני אור".
התאוריה פותחה על ידי אייזיק ניוטון וביססה את פיזיקה שלה על ההנחה שהאור נע בקווים ישרים במסלול הקצר ביותר.
כתוצאה מכך, האופטיקה הגאומטרית מתבססת בעיקר על גאומטריה כדי להסביר תופעות אופטיות כגון שבירה, החזרה ועוד - כאשר ההסברים מוצגים כחישוב המהלך של קרני האור במכשירים האופטיים

2. אור
האור הוא קרינה אלקטרומגנטית בעלת אורך גל הנראה לעין, או במובן רחב יותר, כל קרינה אלקטרומגנטית בטווח שבין התת־אדום לעל־סגול.
שלושת המאפיינים העיקריים של האור
בהירות (או אמפליטודה(
צבע (או תדירות)
קיטוב (זווית התנודות).
עקב דואליות הגל-חלקיק, האור מציג תכונות של גל והן של חלקיק, באותו זמן.

3. צבעים ואורכי גל
אורכי הגל השונים מתפרשים על ידי המוח האנושי כצבעים, מאדום באורכי הגל הגדולים ביותר (התדירות הנמוכה ביותר) ועד סגול באורכי הגל הקצרים ביותר (התדירות הגבוהה ביותר).
התדירויות בספקטרום הנמצאות מיד מחוץ לטווח הראיה של העין האנושית נקראים על סגול (UV) בתדירות הגבוהה ותת אדום (IR) בתדירות הנמוכה.
האור הנראה הוא תחום בספקטרום, בין אורכי הגל של 400 ננומטרים ו־800 ננומטרים (באוויר).
אורכי הגל הנראים

4. עדשה
סוגי עדשות
היא רכיב אופטי (לרוב שקוף) המשמש להסטת קרני אור ויצירת תופעות אופטיות של מיקוד או פיזור של אור
סוגים של עדשות
עדשה מרכזת היא עדשה הממקדת קרני אור מקבילות במישור המוקד שלה. דוגמה לעדשה כזו היא עדשת המצלמה.
עדשה מפזרת היא עדשה המסיטה קרניים מקבילות כך שהמשכיהן יפגשו במישור המוקד שלה.
עדשה מרכזת
מוקד של עדשה הוא הנקודה בה כל הקרניים המקבילות לציר האופטי (או המשכיהן) העוברות דרך העדשה יפגשו (f בציור).

5. מקדם שבירה
מקדם השבירה (או צפיפות אופטית) היא תכונה פיזיקלית של חומר , מסומנת בדרך-כלל באות
אחת מההגדרות של מקדם השבירה היא היחס בין מהירות האור בריק (כ ) למהירות האור בחומר הנדון. לדוגמה, מקדם השבירה של ריק הוא 1 (מטבע ההגדרה), של אוויר הוא מאוד קרוב ל-1. בהתאם להגדרה זו, מקדם השבירה תמיד גדול מ-1 או שווה לו.
מקדם השבירה של מים הוא 1.33 ושל זכוכית הוא בדרך כלל 1.5 (תלוי בסוג הזכוכית).

6. חוקים אופטיים עקרון פרמה החזרה שבירה - חוק סנל
החזרה גמורה (החזרה פנימית מלאה(
עקיפה
נפיצה

7. עקרון פרמה העקרון פורסם לראשונה על ידי פייר דה פרמה
עקרון פרמה או עיקרון הזמן המינימלי קובע כי בתנועתה בין שתי נקודות נתונות, עוברת קרן אור במסלול בו זמן תנועתה הוא הקצר ביותר.
העקרון פורסם לראשונה על ידי פייר דה פרמה
מעיקרון זה ניתן, בפרט, לגזור את חוק ההחזרה ממראה (זווית פגיעה שווה לזווית החזרה), ואת חוק השבירה של קרני אור (חוק סנל) במעבר בין שני חומרים בעלי מקדמי שבירה שונים.

8. החזרה אור הפוגע במשטח מישורי יוחזר ממנו תוך קיום התנאים הבאים:
הקרן הפוגעת, הקרן החוזרת והאנך למשטח הפוגע נמצאים כולם על מישור אחד.
הזווית של הקרן החוזרת ביחס לאנך למישור הפגיעה שווה לזווית הקרן הפוגעת ביחס לאנך.

9. חוק סנל
חוק סנל הוא חוק השבירה של קרניים במעבר בין שני תווכים בעלי מקדם שבירה שונה, כלומר תווכים בהם מהירות האור שונה.
החוק קרוי על שם המתמטיקאי ההולנדי וילברורד סנל בן המאה ה-16 אולם היו אחרים שגילו אותו לפניו

10. החזרה גמורה
החזרה גמורה (או החזרה מלאה) היא תופעה אופטית נפוצה בה קרן אור שמגיעה מתוך תווך בעל מקדם שבירה גבוה אל הגבול בינו לבין תווך עם מקדם שבירה נמוך יותר, מוחזרת במלואה, אם זווית הפגיעה שלה גדולה מזווית קריטית התלויה במקדמי השבירה של שני התווכים.

11. סיב אופטי
סיב אופטי הוא סיב מחומר שקוף (בדרך כלל זכוכית) המאפשר העברת אור מקצהו האחד לאחר, ומבוסס על העקרון הפיזיקלי הנקרא החזרה גמורה (או החזרה מלאה) של קרן אור.
את הרעיון להשתמש בסיבי זכוכית להעברת מידע הגה הסיני צ'ארלס קאו (Charles Kao) כבר ב הוא הבחין ביתרונות של שיטה זו על פני העברת אותות חשמליים בכבלי נחושת, שבהם האות סובל מניחות גבוה ככל שהמרחק (אורך הכבל) גדל. ב-1970 יוצר הסיב האופטי הראשון על ידי מספר חוקרים בחברת הזכוכית האמריקאית קורנינג.

12. סיב אופטי (2) מבנה וטכנולוגיה
סיב אופטי (2) מבנה וטכנולוגיה
הסיב מורכב מליבה (core) ומעטפת (cladding) ששתיהן שקופות. מקדם השבירה של הליבה גבוה מעט מזה של המעטפת החיצונית ובכך יוצר מצב בו קרני האור "לכודות" בתוך הסיב ונעות לאורכו גם בפניות או בפיתולים. המעטפת מצופה בשכבת מגן דקה נוספת (jacket) עשויה מפלסטיק

13. סיב אופטי עקרונות פעולה פיזיקליים
סיב אופטי עקרונות פעולה פיזיקליים
שרטוט המציג מבנה של סיב, עם חרוט הקליטה שלו. קרן שנכנסת לסיב דרך החרוט נשמרת בתוכו כתוצאה מהחזרה פנימית מלאה, קרן שלא נכנסת דרך החרוט זולגת החוצה.
הסיב הוא מנחה גלים אופטי, כלומר: מעביר גלים בתחום הנראה . כמעט תמיד, הסיב מורכב מגליל דו-שכבתי, כאשר כל שכבה היא בעלת מקדם שבירה אחר, כאשר מקדם השבירה של השכבה הפנימית, הנקראת "ליבה", גדול מזה של השכבה העוטפת אותה, הנקראת "מעטה".
לכן, כאשר אור נכנס לסיב ופוגע בדופן בזווית "טובה", הוא לא ישבר בתווך אלא יוחזר במלואו לתוך הסיב. תופעה זו נקראה החזרה פנימית מלאה והיא מבוססת על חוק סנל

14. סיב אופטי שימושים
הסיבים האופטיים הם אחת המדיות המקובלות בתקשורת: בטלפוניה, ברשתות מחשבים, ובטלויזיה בכבלים, בשל העובדה שהם גמישים וניתן להניח אותם בדומה לכבלי תקשורת אחרים המבוססים על נחושת.
סיבים אופטיים משמשים גם ברפואה. במכשיר הנקרא אנדוסקופ (endoscope) צופים באיברים פנימיים בגוף האדם על ידי השחלת סיב אופטי דרך פתח קטן. בנוסף, משתמשים בסיבים אופטיים כדי להאיר אזורים שאין איתם קו ראייה ישיר. מכשירים אלו משמשים גם בתעשיות אחרות בהן יש צורך לבחון אזורים לא נגישים, כגון במערכת צינורות או במנועי סילון. שימוש אחר הוא להעברת לייזר בניתוחים, במיוחד בניתוחי עיניים. שימוש נוסף הוא ליצירת לייזרים מסוימים.
סיבים אופטיים משמשים גם בצעצועים ליצירת אפקטים ויזואליים ובארכיטקטורה על מנת להעביר את אור השמש לחללים פנימיים. בסיבים אופטיים משתמשים גם בבניית מבנים חכמים, שבהם משתמשים בסיב כגלאי של שינויי טמפרטורה או לחץ.

15. עקיפה
עקיפה (Diffraction) היא תופעה בה הגל "עוקף" מכשול ונובעת מעקרון הויגנס.
כאשר בין מקור גלים לגלאי מבדיל עצם כלשהו, הגלאי יקלוט חלק מהגל שנפלט מהמקור למרות החסימה בדרך, מכיוון שהגל "עוקף" את המיכשול. תופעה זאת מתבססת על עקרו הויגנס.

16. נפיצה
נפיצה היא מונח בתורת הגלים, המתייחס למקרה שבו מהירות ההתקדמות של גל מונוכרומטי בתווך תלויה באורך הגל (או לחילופין בתדירותו).
המשמעות העיקרית של קיום נפיצה במערכת כלשהי היא ההתרחבות של חבילת הגלים עם חלוף הזמן. הסיבה לכך היא שחבילת הגלים מורכבת מאוסף של גלים בעלי אורך גל שונה וכל אחד מהם נע במהירות אחרת. משמעות נוספת של קיום נפיצה מתבטא באופן שבירת הקרניים במעבר מתווך אחד לאחר, כיוון שלפי חוק סנל זווית השבירה תלויה במהירות הגל. הביטוי הבולט לנפיצה הוא פירוק האור הלבן למרכיביו במעבר דרך מנסרה.

17. התאבכות
התאבכות היא תופעת טבע המאפיינת התנהגות גלית, ומשמשת לזיהוי תופעות שונות כגליות.
כאשר מספר גלים עוברים דרך נקודה במרחב, המשרעת של הגל באותה נקודה תהיה סכום אלגברי (כלומר: תוך התחשבות בכיוון) של משרעות כל הגלים באותה נקודה - סכימה זו של הגלים מכונה סופרפוזיציה.
באיור לעיל מתוארת התאבכות של שני גלים.
תבנית התאבכות של שני גלים כדוריים ממקורות נקודתיים כאשר אורך הגל גדל ככל שיורדים בתמונות והמרחק בין המקורות גדל ככל שמתקדמים ימינה בתמונות.

18. התאבכות (2)
התאבכות בונה מתרחשת בין גלים כאשר נקודות המקסימום (והמינימום) של הגלים מתקבלות יחד. כלומר, כאשר תדירות ומופע שני הגלים שווים.
התאבכות הורסת מתרחשת כאשר לשני הגלים תדירות שווה, והפרש מופע של חצי מחזור). למרות שעוצמת שני הגלים היא מקסימלית ההתיחסות היא לגודל וכיוון האמפליטודה. עבור יותר משני גלים התאבכות הורסת מתרחשת כאשר סכום האמפליטודות הוא אפס.

19. שאלות מדוע חולצה רטובה יותר ככה מאשר חולצה יבשה?
מדוע קטיפה שחורה נראית יותר שחורה מאשר אטלס שחור?
לשם מה ברסטורציה מנצלים קרינות על סגול ותת אדום?
מדוע מופיעה קשת?

20. מדוע חולצה רטובה יותר ככה מאשר חולצה יבשה?
קרן אור משקפת מפני אריג אך לא יוצא החוצה. היא משקפת מגבול בין מים לבין אוויר ועוד פעם משקפת מפני אריג. עם כל החזרה רובו של אור מתבזבז. זאת תופעה החזרה גמורה. בםפו של דבר מפנים של אריג רטוב יוצא יותר קרינה מאשר מפנים של אריג יבש.
מים
קרן אור
אריג

21. מדוע קטיפה שחורה נראית יותר שחורה מאשר אטלס שחור?
ככל שיתר קולטים פנים עצם כן הוא נראה יותר ככה. על פנים פלומת קטיפה קרנות אור חווים החזרה שבעתיים. בכל החזרה מפנים שחורים רובו של אור נספג.
לשם מה ברסטורציה מנצלים קרינות על סגול ותת אדום?
צבעים שונות שמנוצלים בציור משקפים קרינה באופן שונה. למשל על צילום שעשוי באמצעות תת אדום יש אפשרות לראות תרשים יותר מוקדם.

22. מדוע מופיעה קשת?
קשת מופיעה בגלל שבירה והחזר קרנות שמש באגלים מים.משגיח רואה בזוויות שונות קרנות של צבעים שונים.
סרן קשת
קרנות שמש
גשם