Varje skolbarn vet att ljus i ett homogent transparent medium rör sig längs en rak väg. Detta faktum tillåter oss att överväga många optiska fenomen inom ramen för konceptet med en ljusstråle. Den här artikeln talar om strålens infallsvinkel och varför det är viktigt att känna till denna vinkel.
En ljusstråle är en mikrometer elektromagnetisk våg
Inom fysiken finns det vågor av olika karaktär: ljud, hav, elektromagnetiska och några andra. Termen "stråle" gäller dock endast elektromagnetiska vågor, där det synliga spektrumet är en del. Själva ordet "stråle" kan representeras som en rät linje som förbinder två punkter i rymden.
Ljus (som en våg) kan ses som en rak linje, eftersom varje våg antyder närvaron av vibrationer. Svaret på denna fråga ligger i värdet på våglängden. Så för marin och ljud sträcker sig längden från några centimeter till tiotals meter. Naturligtvis kan sådana svängningar knappast kallas en stråle. Ljusets våglängd är mindre än en mikrometer. Det mänskliga ögat kan inte urskilja sådana vibrationer, därför förefaller det oss somatt vi ser en direkt stråle.
För fullständighetens skull bör det noteras att ljusstrålen endast är synlig när den börjar spridas på små partiklar, till exempel i ett dammigt rum eller dimdroppar.
Var är det viktigt att veta i vilken vinkel strålen träffar hindret?
Fenomenen reflektion och refraktion är de mest kända optiska effekterna som en person möter bokstavligen varje dag när han tittar på sig själv i spegeln eller dricker ett glas te efter att ha tittat på skeden i den.
Den matematiska beskrivningen av brytning och reflektion kräver kunskap om strålens infallsvinkel. Till exempel kännetecknas reflektionsfenomenet av att reflektionsvinkeln och infallsvinkeln är lika. Om de beskrivs från sidan av brytningsprocessen, är infallsvinkeln och brytningsvinkeln relaterade till varandra genom funktionerna hos sinus och medias brytningsindex (Snells lag).
Vinkeln med vilken en ljusstråle faller på gränssnittet mellan två transparenta medier spelar en viktig roll när man överväger effekten av intern totalreflektion i ett optiskt tätare material. Denna effekt observeras endast i fallet med infallsvinklar som är större än något kritiskt värde.
Geometrisk definition av den betraktade vinkeln
Man kan anta att det finns någon yta som skiljer de två miljöerna åt. Denna yta kan vara platt, som i fallet med en spegel, eller den kan vara mer komplex, såsom havets räfflade yta. Föreställ dig att på denna yta fallerljusstråle. Hur bestämmer man ljusets infallsvinkel? Att göra detta är ganska enkelt. Följande är en sekvens av åtgärder som bör göras för att hitta önskad vinkel.
- Först måste du bestämma skärningspunkten mellan strålen och ytan.
- Genom O ska man rita en vinkelrät mot den betraktade ytan. Det kallas ofta norm alt.
- Strålens infallsvinkel är lika med vinkeln mellan den och normalen. Det kan mätas med en enkel gradskiva.
Som du kan se är det inte svårt att hitta den övervägda vinkeln. Elever gör dock ofta misstaget att mäta det mellan planet och strålen. Man måste komma ihåg att infallsvinkeln alltid mäts från normalen, oavsett formen på ytan och i vilket medium den utbreder sig.
Sfäriska speglar, linser och strålar som faller på dem
Kunskap om egenskaperna hos infallsvinklarna för vissa strålar används vid konstruktion av bilder i sfäriska speglar och tunna linser. För att bygga sådana bilder räcker det att veta hur två olika strålar beter sig när de interagerar med de namngivna optiska enheterna. Skärningspunkten mellan dessa strålar bestämmer bildpunktens position. I det allmänna fallet kan man alltid hitta tre olika strålar, vars förlopp är exakt känt (den tredje strålen kan användas för att kontrollera riktigheten av den konstruerade bilden). Dessa strålar namnges nedan.
- Kör parallellt med enhetens optiska huvudaxel. Den passerar genom fokus efter reflektion eller brytning.
- En stråle som passerar genom enhetens fokus. Det speglar alltidbryts parallellt med huvudaxeln.
- Gå genom det optiska centrumet (för en sfärisk spegel sammanfaller den med sfärens mitt, för en lins är den inuti den). En sådan stråle ändrar inte sin bana.
Figuren ovan visar scheman för att konstruera bilder för olika alternativ för objektets placering i förhållande till tunna linser.
