Alla vet eller har åtminstone hört att ljus har egenskapen att bryta och reflektera. Men bara formlerna för geometrisk och vågoptik kan förklara hur, eller snarare på vilken grund, detta sker. Och all denna undervisning är baserad på begreppet "stråle", som introducerades av Euklid tre århundraden före vår tideräkning. Så vad är en stråle, vetenskapligt sett?
En stråle är en rak linje längs vilken ljusvågor rör sig. Hur, varför - dessa frågor besvaras av formlerna för geometrisk optik, som är en del av vågoptik. Den senare, som man kan anta, behandlar strålar som vågor.
Formler för geometrisk optik
Lagen om rätlinjig utbredning: en stråle i ett medium av samma typ tenderar att utbreda sig rätlinjigt. Det vill säga, ljus färdas längs den kortaste vägen som finns mellan två punkter. Man kan till och med säga att ljusstrålen försöker spara tid. Denna lag förklarar fenomenen skugga och penumbra.
Till exempel om själva ljuskällan är liten till storleken eller är placerad på så stort avstånd att denstorlekar kan ignoreras, ljusstrålen bildar tydliga skuggor. Men om ljuskällan är stor eller mycket nära bildar ljusstrålen suddiga skuggor och partiella skuggor.
Law of Independent Propagation
Ljusstrålar tenderar att spridas oberoende av varandra. Det vill säga att de inte kommer att påverka varandra på något sätt om de skär varandra eller passerar genom varandra i något homogent medium. Strålarna verkar vara omedvetna om att det finns andra strålar.
Law of Reflection
Låt oss föreställa oss att en person riktar en laserpekare mot en spegel. Naturligtvis kommer strålen att reflekteras från spegeln och fortplantas i ett annat medium. Vinkeln mellan den vinkelräta mot spegeln och den första strålen kallas infallsvinkeln, vinkeln mellan den vinkelräta mot spegeln och den andra strålen kallas reflektionsvinkeln. Dessa vinklar är lika.
Geometrisk optiks formler avslöjar många situationer som ingen ens tänker på. Till exempel förklarar reflektionslagen varför vi kan se oss själva i en "direkt" spegel precis som vi är, och varför dess krökta yta skapar en annan bild.
Formel:
a - infallsvinkel, b - reflektionsvinkel.
a=b
Refraktionslagen
Infallsstrålen, brytningsstrålen och vinkelrät mot spegeln är placerade i samma plan. Om sinus för infallsvinkeln divideras med sinus för brytningsvinkeln erhålls värdet n, vilket är konstant för båda medierna.
n visar i vilken vinkel strålen från det första mediet passerar in i det andra, och hur kompositionerna av dessa medier korrelerar.
Formel:
i - infallsvinkel. r - brytningsvinkel. n21 - brytningsindex.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Law of reversibility of light
Vad säger lagen om ljusets reversibilitet? Om strålen utbreder sig längs en väldefinierad bana i en riktning, kommer den att upprepa samma rutt i motsatt riktning.
Resultat
Formlerna för geometrisk optik i en något förenklad form förklarar hur en ljusstråle fungerar. Det är inget svårt i detta. Ja, formlerna och lagarna för geometrisk optik försummar några av universums egenskaper, men deras betydelse för vetenskapen kan inte underskattas.
