Fiecare școlar știe că lumina într-un mediu transparent omogen se mișcă pe o cale dreaptă. Acest fapt ne permite să luăm în considerare multe fenomene optice în cadrul conceptului de fascicul de lumină. Acest articol vorbește despre unghiul de incidență al fasciculului și de ce este important să cunoaștem acest unghi.
Un fascicul de lumină este o undă electromagnetică micrometrică
În fizică, există unde de natură variată: sunet, mare, electromagnetice și altele. Cu toate acestea, termenul „fascicul” se aplică numai undelor electromagnetice, din care spectrul vizibil este o parte. Cuvântul „rază” în sine poate fi reprezentat ca o linie dreaptă care leagă două puncte din spațiu.
Lumina (ca undă) poate fi văzută ca o linie dreaptă, deoarece fiecare undă implică prezența vibrațiilor. Răspunsul la această întrebare constă în valoarea lungimii de undă. Deci, pentru marin și sunet, lungimea variază de la câțiva centimetri la zeci de metri. Desigur, astfel de oscilații cu greu pot fi numite fascicul. Lungimea de undă a luminii este mai mică de un micrometru. Ochiul uman nu este capabil să distingă astfel de vibrații, prin urmare ni se pare căcă vedem un fascicul direct.
De dragul caracterului complet, trebuie remarcat faptul că fasciculul de lumină este vizibil numai atunci când începe să se împrăștie pe particule mici, cum ar fi într-o cameră cu praf sau picături de ceață.
Unde este important să cunoaștem unghiul la care fasciculul lovește obstacolul?
Fenomenele de reflexie și refracție sunt cele mai cunoscute efecte optice pe care o persoană le întâlnește literalmente în fiecare zi când se privește în oglindă sau bea un pahar de ceai după ce se uită la lingura din el.
Descrierea matematică a refracției și reflexiei necesită cunoașterea unghiului de incidență al fasciculului. De exemplu, fenomenul de reflexie se caracterizează prin egalitatea unghiului de reflexie și a incidenței. Dacă sunt descrise din partea procesului de refracție, unghiul de incidență și unghiul de refracție sunt legate între ele prin funcțiile sinusurilor și indicilor de refracție ai mediilor (legea lui Snell).
Unghiul la care un fascicul de lumină cade pe interfața dintre două medii transparente joacă un rol important atunci când se ia în considerare efectul reflexiei totale interne într-un material optic mai dens. Acest efect se observă numai în cazul unghiurilor de incidență care sunt mai mari decât o anumită valoare critică.
Definiția geometrică a unghiului considerat
Se poate presupune că există o suprafață care separă cele două medii. Această suprafață poate fi plană, ca în cazul unei oglinzi, sau poate fi mai complexă, cum ar fi suprafața crestată a mării. Imaginați-vă că pe această suprafață caderaza de lumina. Cum se determină unghiul de incidență al luminii? Pentru a face acest lucru este destul de simplu. Următoarea este o secvență de acțiuni care ar trebui făcute pentru a găsi unghiul dorit.
- În primul rând, trebuie să determinați punctul de intersecție al razei cu suprafața.
- Prin O trebuie trasată o perpendiculară pe suprafața considerată. Este adesea numit normal.
- Unghiul de incidență al fasciculului este egal cu unghiul dintre acesta și normală. Poate fi măsurat cu un raportor simplu.
După cum puteți vedea, nu este dificil să găsiți unghiul considerat. Cu toate acestea, elevii fac adesea greșeala de a o măsura între avion și grindă. Trebuie reținut că unghiul de incidență se măsoară întotdeauna de la normală, indiferent de forma suprafeței și de mediul în care se propagă.
Oglinzi sferice, lentile și raze care cad pe ele
Cunoașterea proprietăților unghiurilor de incidență ale anumitor raze este folosită în construcția de imagini în oglinzi sferice și lentile subțiri. Pentru a construi astfel de imagini, este suficient să știți cum se comportă două fascicule diferite atunci când interacționează cu dispozitivele optice numite. Intersecția acestor raze determină poziția punctului imagine. În cazul general, se pot găsi întotdeauna trei fascicule diferite, al căror curs este exact cunoscut (al treilea fascicul poate fi folosit pentru a verifica corectitudinea imaginii construite). Aceste raze sunt denumite mai jos.
- Funcționează paralel cu axa optică principală a dispozitivului. Trece prin focalizare după reflexie sau refracție.
- Un fascicul care trece prin focalizarea dispozitivului. Se reflectă mereurefractat paralel cu axa principală.
- Trecerea prin centrul optic (pentru o oglindă sferică coincide cu centrul sferei, pentru o lentilă se află în interiorul acesteia). Un astfel de fascicul nu își schimbă traiectoria.
Figura de mai sus arată schemele de construire a imaginilor pentru diferite opțiuni pentru locația obiectului în raport cu lentilele subțiri.
