Всеки ученик знае, че светлината в хомогенна прозрачна среда се движи по прав път. Този факт ни позволява да разгледаме много оптични явления в рамките на концепцията за светлинен лъч. Тази статия говори за ъгъла на падане на лъча и защо е важно да се знае този ъгъл.
Лъчът светлина е микрометрова електромагнитна вълна
Във физиката има вълни от различно естество: звукови, морски, електромагнитни и някои други. Терминът "лъч" обаче се отнася само за електромагнитни вълни, част от които е видимият спектър. Самата дума "лъч" може да бъде представена като права линия, свързваща две точки в пространството.
Светлината (като вълна) може да се разглежда като права линия, защото всяка вълна предполага наличието на вибрации. Отговорът на този въпрос се крие в стойността на дължината на вълната. Така че, за морски и звук, дължината варира от няколко сантиметра до десетки метра. Разбира се, подобни трептения трудно могат да се нарекат лъч. Дължината на вълната на светлината е по-малка от един микрометър. Човешкото око не е в състояние да различи такива вибрации, затова ни се струва, чече виждаме директен лъч.
За пълнота трябва да се отбележи, че светлинният лъч се вижда само когато започне да се разпръсква върху малки частици, като например в прашна стая или капчици мъгла.
Къде е важно да се знае ъгълът, под който лъчът удря препятствието?
Явленията отражение и пречупване са най-известните оптични ефекти, които човек среща буквално всеки ден, когато се погледне в огледалото или изпие чаша чай, след като погледне лъжицата в него.
Математическото описание на пречупването и отражението изисква познаване на ъгъла на падане на лъча. Например, явлението отражение се характеризира с равенството на ъгъла на отражение и на падане. Ако са описани от страната на процеса на пречупване, ъгълът на падане и ъгълът на пречупване са свързани един с друг чрез функциите на синусите и индексите на пречупване на средата (законът на Снел).
Ъгълът, под който светлинен лъч пада върху интерфейса между две прозрачни медии, играе важна роля при разглеждането на ефекта от вътрешното пълно отражение в оптически по-плътен материал. Този ефект се наблюдава само в случай на ъгли на падане, които са по-големи от някаква критична стойност.
Геометрична дефиниция на разглеждания ъгъл
Може да се предположи, че има някаква повърхност, която разделя двете среди. Тази повърхност може да бъде плоска, както в случая на огледало, или може да е по-сложна, като например ръбестата повърхност на морето. Представете си, че на тази повърхност падасветлинен лъч. Как да определим ъгъла на падане на светлината? За да направите това е доста просто. Следва последователност от действия, които трябва да се направят, за да се намери желания ъгъл.
- Първо, трябва да определите точката на пресичане на лъча с повърхността.
- През O трябва да се начертае перпендикуляр на разглежданата повърхност. Често се нарича нормално.
- Ъгълът на падане на лъча е равен на ъгъла между него и нормала. Може да се измери с обикновен транспортир.
Както виждате, не е трудно да се намери разглеждания ъгъл. Въпреки това учениците често правят грешката да го измерват между равнината и гредата. Трябва да се помни, че ъгълът на падане винаги се измерва от нормата, независимо от формата на повърхността и средата, в която се разпространява.
Сферични огледала, лещи и лъчи, падащи върху тях
Познаването на свойствата на ъглите на падане на определени лъчи се използва при конструирането на изображения в сферични огледала и тънки лещи. За да се изградят такива изображения, е достатъчно да се знае как се държат два различни лъча при взаимодействие с посочените оптични устройства. Пресечната точка на тези лъчи определя позицията на точката на изображението. В общия случай винаги могат да се намерят три различни лъча, чийто ход е точно известен (третият лъч може да се използва за проверка на коректността на изграденото изображение). Тези лъчи са наречени по-долу.
- Работи успоредно на главната оптична ос на устройството. Преминава през фокуса след отражение или пречупване.
- Лъч, преминаващ през фокуса на устройството. Винаги отразявапречупено успоредно на главната ос.
- Преминаване през оптичния център (за сферично огледало то съвпада с центъра на сферата, за леща е вътре в него). Такъв лъч не променя траекторията си.
Фигурата по-горе показва схемите за конструиране на изображения за различни опции за местоположение на обекта спрямо тънки лещи.
