Всеки знае или поне е чувал, че светлината има свойството да пречупва и отразява. Но само формулите на геометричната и вълновата оптика могат да обяснят как или по-скоро на каква основа се случва това. И цялото това учение се основава на концепцията за "лъч", която е въведена от Евклид три века преди нашата ера. И така, какво е лъч, научно казано?
Лъчът е права линия, по която се движат светлинните вълни. Как, защо - на тези въпроси отговарят формулите на геометричната оптика, която е част от вълновата оптика. Последният, както може да се предположи, третира лъчите като вълни.
Формули на геометричната оптика
Законът за праволинейното разпространение: лъч в среда от същия тип има тенденция да се разпространява праволинейно. Тоест светлината се движи по най-краткия път, който съществува между две точки. Може дори да се каже, че светлинният лъч се стреми да си спести време. Този закон обяснява феномена на сянката и полусяната.
Например, ако самият източник на светлина е малък по размер или се намира на толкова голямо разстояние, черазмерите могат да бъдат игнорирани, светлинният лъч образува ясни сенки. Но ако източникът на светлина е голям или много близо, тогава светлинният лъч образува размити сенки и частични сенки.
Закон за независимото разпространение
Светлинните лъчи са склонни да се разпространяват независимо един от друг. Тоест те няма да си влияят по никакъв начин, ако се пресичат или преминават един през друг в някаква хомогенна среда. Изглежда, че лъчите не осъзнават съществуването на други лъчи.
Закон на отражението
Нека си представим, че човек насочва лазерна показалка към огледало. Разбира се, лъчът ще се отразява от огледалото и ще се разпространява в друга среда. Ъгълът между перпендикуляра на огледалото и първия лъч се нарича ъгъл на падане, ъгълът между перпендикуляра на огледалото и втория лъч се нарича ъгъл на отражение. Тези ъгли са равни.
Формулите на геометричната оптика разкриват много ситуации, за които никой дори не се замисля. Например, законът за отражението обяснява защо можем да се видим в „пряко” огледало точно такива, каквито сме, и защо извитата му повърхност създава различно изображение.
Формула:
a - ъгъл на падане, b - ъгъл на отражение.
a=b
Законът за пречупването
Лъчът на падане, лъчът на пречупване и перпендикулярът на огледалото са разположени в една и съща равнина. Ако синусът на падащия ъгъл се раздели на синуса на ъгъла на пречупване, тогава се получава стойността n, която е постоянна и за двете среди.
n показва под какъв ъгъл преминава лъчът от първата среда във втората и как композициите на тези медии корелират.
Формула:
i - ъгъл на падане. r - ъгъл на пречупване. n21 - индекс на пречупване.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Закон за обратимостта на светлината
Какво казва законът за обратимостта на светлината? Ако лъчът се разпространява по добре дефинирана траектория в една посока, тогава той ще повтори същия маршрут в обратната посока.
Резултати
Формулите на геометричната оптика в малко опростена форма обясняват как работи лъчът светлина. В това няма нищо трудно. Да, формулите и законите на геометричната оптика пренебрегват някои от свойствата на Вселената, но тяхното значение за науката не може да бъде подценено.
