Toată lumea știe sau cel puțin a auzit că lumina are proprietatea de a refracta și de a reflecta. Dar numai formulele de optică geometrică și ondulatorie pot explica cum, sau mai degrabă pe ce bază, se întâmplă acest lucru. Și toată această învățătură se bazează pe conceptul de „rază”, care a fost introdus de Euclid cu trei secole înaintea erei noastre. Deci, ce este un fascicul, științific vorbind?
Un fascicul este o linie dreaptă de-a lungul căreia se mișcă undele luminoase. Cum, de ce - la aceste întrebări se răspunde prin formulele opticii geometrice, care face parte din optica undelor. Acesta din urmă, după cum s-ar putea presupune, tratează razele ca niște valuri.
Formule de optică geometrică
Legea propagării rectilinie: o rază într-un mediu de același tip tinde să se propagă rectiliniu. Adică, lumina călătorește pe calea cea mai scurtă care există între două puncte. Ați putea spune chiar că fasciculul de lumină caută să economisească timp. Această lege explică fenomenele de umbră și penumbra.
De exemplu, dacă sursa de lumină în sine este de dimensiuni mici sau este situată la o distanță atât de mare încâtdimensiunile pot fi ignorate, fasciculul de lumină formează umbre clare. Dar dacă sursa de lumină este mare sau foarte apropiată, atunci fasciculul de lumină formează umbre neclare și umbre parțiale.
Legea propagării independente
Razele de lumină tind să se propagă independent unele de altele. Adică nu se vor afecta reciproc în niciun fel dacă se intersectează sau trec unul prin altul într-un mediu omogen. Razele par să nu fie conștiente de existența altor raze.
Legea reflexiei
Să ne imaginăm că o persoană îndreaptă un indicator cu laser către o oglindă. Desigur, fasciculul va fi reflectat de oglindă și se va propaga în alt mediu. Unghiul dintre perpendiculara pe oglindă și prima rază se numește unghi de incidență, unghiul dintre perpendiculara pe oglindă și a doua rază se numește unghi de reflexie. Aceste unghiuri sunt egale.
Formulele opticii geometrice dezvăluie multe situații la care nimeni nici măcar nu se gândește. De exemplu, legea reflexiei explică de ce ne putem vedea într-o oglindă „directă” exact așa cum suntem și de ce suprafața sa curbă creează o imagine diferită.
Formula:
a - unghi de incidență, b - unghi de reflexie.
a=b
Legea refracției
Raza de incidență, raza de refracție și perpendiculara pe oglindă sunt situate în același plan. Dacă sinusul unghiului incident este împărțit la sinusul unghiului de refracție, atunci se obține valoarea n, care este constantă pentru ambele medii.
n arată în ce unghi trece fasciculul din primul mediu în al doilea și cum se corelează compozițiile acestor medii.
Formula:
i - unghiul de incident. r - unghiul de refracție. n21 - indice de refracție.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Legea reversibilității luminii
Ce spune legea reversibilității luminii? Dacă fasciculul se propagă de-a lungul unei traiectorii bine definite într-o direcție, atunci va repeta același traseu în direcția opusă.
Rezultate
Formulele opticii geometrice într-o formă oarecum simplificată explică modul în care funcționează un fascicul de lumină. Nu este nimic dificil în asta. Da, formulele și legile opticii geometrice neglijează unele dintre proprietățile universului, dar importanța lor pentru știință nu poate fi subestimată.
