Visi žino arba bent jau girdėjo, kad šviesa turi savybę lūžti ir atspindėti. Tačiau tik geometrinės ir banginės optikos formulės gali paaiškinti, kaip, tiksliau, kuo tai vyksta. Ir visas šis mokymas remiasi „spindulio“sąvoka, kurią Euklidas įvedė tris šimtmečius prieš mūsų erą. Taigi, kas yra spindulys, moksliškai kalbant?
Spindulys yra tiesi linija, kuria juda šviesos bangos. Kaip, kodėl – į šiuos klausimus atsako geometrinės optikos, kuri yra banginės optikos dalis, formulės. Pastarasis, kaip galima manyti, spindulius traktuoja kaip bangas.
Geometrinės optikos formulės
Tiesiojo sklidimo dėsnis: to paties tipo terpėje esantis spindulys linkęs sklisti tiesia linija. Tai reiškia, kad šviesa keliauja trumpiausiu keliu tarp dviejų taškų. Galima net sakyti, kad šviesos spindulys siekia sutaupyti laiko. Šis dėsnis paaiškina šešėlio ir pusiausvyros reiškinius.
Pavyzdžiui, jei pats šviesos š altinis yra mažo dydžio arba yra tokiu dideliu atstumu, kaddydžių galima nepaisyti, šviesos spindulys formuoja aiškius šešėlius. Bet jei šviesos š altinis yra didelis arba labai arti, šviesos spindulys sudaro neryškius ir dalinius šešėlius.
Nepriklausomo platinimo įstatymas
Šviesos spinduliai linkę sklisti nepriklausomai vienas nuo kito. Tai yra, jie niekaip nepaveiks vienas kito, jei susikirs ar praeis viena per kitą kokioje nors vienalytėje terpėje. Atrodo, kad spinduliai nežino apie kitų spindulių egzistavimą.
Atspindėjimo dėsnis
Įsivaizduokime, kad žmogus nukreipia lazerinį žymeklį į veidrodį. Žinoma, spindulys atsispindės nuo veidrodžio ir sklis kitoje terpėje. Kampas tarp statmeno veidrodžiui ir pirmojo spindulio vadinamas kritimo kampu, kampas tarp statmeno veidrodžiui ir antrojo spindulio vadinamas atspindžio kampu. Šie kampai yra lygūs.
Geometrinės optikos formulės atskleidžia daugybę situacijų, apie kurias niekas net nesusimąsto. Pavyzdžiui, atspindžio dėsnis paaiškina, kodėl „tiesioginiame“veidrodyje galime matyti save tiksliai tokius, kokie esame, ir kodėl jo lenktas paviršius sukuria kitokį vaizdą.
Formulė:
a – kritimo kampas, b – atspindžio kampas.
a=b
Lūžio dėsnis
Krito spindulys, lūžio spindulys ir statmenas veidrodžiui yra toje pačioje plokštumoje. Jei krintančio kampo sinusas yra padalintas iš lūžio kampo sinuso, tada gaunama vertė n, kuri yra pastovi abiem terpėms.
n rodo, kokiu kampu spindulys iš pirmosios terpės pereina į antrąją ir kaip koreliuoja šių terpių kompozicijos.
Formulė:
i – kritimo kampas. r - lūžio kampas. n21 - lūžio rodiklis.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Šviesos grįžtamumo dėsnis
Ką sako šviesos grįžtamumo dėsnis? Jei spindulys sklinda tiksliai apibrėžta trajektorija viena kryptimi, jis pakartos tą patį maršrutą priešinga kryptimi.
Rezultatai
Šiek tiek supaprastintos geometrinės optikos formulės paaiškina, kaip veikia šviesos pluoštas. Čia nėra nieko sunkaus. Taip, geometrinės optikos formulės ir dėsniai nepaiso kai kurių visatos savybių, tačiau negalima nuvertinti jų svarbos mokslui.
