Kiekvienas moksleivis žino, kad šviesa vienalytėje skaidrioje terpėje juda tiesiu keliu. Šis faktas leidžia mums atsižvelgti į daugelį optinių reiškinių šviesos pluošto sąvokos rėmuose. Šiame straipsnyje kalbama apie spindulio kritimo kampą ir kodėl svarbu žinoti šį kampą.
Šviesos spindulys yra mikrometro elektromagnetinė banga
Fizikoje yra įvairaus pobūdžio bangų: garso, jūros, elektromagnetinių ir kai kurių kitų. Tačiau terminas „spindulys“taikomas tik elektromagnetinėms bangoms, kurių dalis yra matomas spektras. Pats žodis „spindulys“gali būti pavaizduotas kaip tiesi linija, jungianti du erdvės taškus.
Šviesa (kaip banga) gali būti vertinama kaip tiesi linija, nes kiekviena banga reiškia vibracijų buvimą. Atsakymas į šį klausimą slypi bangos ilgio vertėje. Taigi, jūrų ir garso, ilgis svyruoja nuo kelių centimetrų iki dešimčių metrų. Žinoma, tokius svyravimus vargu ar galima pavadinti sija. Šviesos bangos ilgis yra mažesnis nei vienas mikrometras. Žmogaus akis nesugeba atskirti tokių virpesių, todėl mums taip atrodokad matome tiesioginį spindulį.
Išsamumo sumetimais reikėtų pažymėti, kad šviesos spindulys matomas tik tada, kai jis pradeda sklaidyti mažas daleles, pvz., dulkėtoje patalpoje ar rūko lašeliuose.
Kur svarbu žinoti kampą, kuriuo spindulys atsitrenkia į kliūtį?
Atspindžio ir lūžio reiškiniai yra žinomiausi optiniai efektai, su kuriais žmogus susiduria kasdien, žiūrėdamas į save veidrodyje arba pažiūrėjęs į jame esantį šaukštą išgeria stiklinę arbatos.
Matematiniam lūžio ir atspindžio apibūdinimui reikia žinoti pluošto kritimo kampą. Pavyzdžiui, atspindžio fenomenui būdinga atspindžio kampo ir kritimo lygybė. Jei aprašoma iš lūžio proceso pusės, kritimo kampas ir lūžio kampas yra susiję vienas su kitu per sinusų funkcijas ir terpės lūžio rodiklius (Snello dėsnis).
Kampas, kuriuo šviesos spindulys patenka į dviejų skaidrių terpių sąsają, vaidina svarbų vaidmenį įvertinant vidinio viso atspindžio poveikį optiškai tankesnėje medžiagoje. Šis poveikis pastebimas tik tada, kai kritimo kampai yra didesni už kokią nors kritinę vertę.
Nagrinėjamo kampo geometrinis apibrėžimas
Galima daryti prielaidą, kad yra tam tikras paviršius, skiriantis dvi aplinkas. Šis paviršius gali būti plokščias, kaip veidrodžio atveju, arba jis gali būti sudėtingesnis, pavyzdžiui, briaunotas jūros paviršius. Įsivaizduokite, kad ant šio paviršiaus nukrentašviesos spindulys. Kaip nustatyti šviesos kritimo kampą? Tai padaryti yra gana paprasta. Toliau pateikiama veiksmų seka, kurią reikia atlikti norint rasti norimą kampą.
- Pirmiausia reikia nustatyti spindulio susikirtimo su paviršiumi tašką.
- Per O reikia nubrėžti statmeną nagrinėjamam paviršiui. Tai dažnai vadinama normaliu.
- Spindulio kritimo kampas yra lygus kampui tarp jo ir normalaus. Jį galima išmatuoti paprastu transporteriu.
Kaip matote, nesunku rasti svarstomą kampą. Tačiau studentai dažnai daro klaidą matuodami jį tarp plokštumos ir spindulio. Reikia atsiminti, kad kritimo kampas visada matuojamas nuo normalaus kampo, neatsižvelgiant į paviršiaus formą ir terpę, kurioje jis sklinda.
Sferiniai veidrodžiai, lęšiai ir ant jų krentantys spinduliai
Žinios apie tam tikrų spindulių kritimo kampų ypatybes naudojamos kuriant vaizdus sferiniuose veidrodžiuose ir plonuose lęšiuose. Norint sukurti tokius vaizdus, pakanka žinoti, kaip du skirtingi spinduliai elgiasi sąveikaujant su įvardintais optiniais įrenginiais. Šių spindulių susikirtimas lemia vaizdo taško padėtį. Bendru atveju visada galima rasti tris skirtingus pluoštus, kurių eiga tiksliai žinoma (trečiuoju pluoštu galima patikrinti sukonstruoto vaizdo teisingumą). Šie spinduliai pavadinti toliau.
- Veikia lygiagrečiai pagrindinei įrenginio optinei ašiai. Po atspindžio arba lūžimo jis pereina per židinį.
- Spindulys, einantis per įrenginio židinį. Tai visada atspindilūžta lygiagrečiai pagrindinei ašiai.
- Einant per optinį centrą (sferiniam veidrodžiui jis sutampa su sferos centru, objektyvui – jo viduje). Toks spindulys nekeičia savo trajektorijos.
Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytos vaizdų konstravimo schemos, skirtos įvairioms objekto vietos parinktims, palyginti su plonais lęšiais.
