Формулы геометрической оптики для "чайников"

Все знают или по крайней мере слышали о том, что свет имеет свойство преломляться и отражаться. Но только формулы геометрической и волновой оптики могут объяснить, как, а точнее по какому именно признаку это происходит. И все данное учение основывается на понятии "луча", которое ввел еще Евклид за три века до нашей эры. Так что же такое луч, если говорить научным языком?

Луч - это прямая, вдоль которой движутся световые волны. Как, зачем - на эти вопросы отвечают формулы геометрической оптики, которая является частью волновой оптики. Последняя, как можно было бы предположить, рассматривает лучи как волны.

Формулы геометрической оптики

Закон прямолинейного распространения: луч в однотипной среде имеет свойство распространяться прямолинейно. То есть свет двигается по кратчайшему пути, который существует между двумя точками. Можно даже сказать, что световой луч стремится сэкономить себе время. Этим законом объясняются явления тени и полутени.

преломление света в воде

К примеру, если источник света сам по себе маленького размера или же находится на таком большом расстояние, что его размеры можно проигнорировать, то световой луч образует четкие тени. Но если источник света большого размера или же находится на очень близком расстоянии, то световой луч образует нечеткие тени и полутени.

Закон независимого распространения

Световые лучи имеют свойство распространяться вне зависимости друг от друга. То есть они никак не повлияют друг на друга, если будут пересекаться или проходить друг через друга в какой-нибудь однородной среде. Лучи будто бы не подозревают о существовании других лучей.

Закон отражения

Представим, что человек направил лазерную указку на зеркало. Разумеется, луч отразится от зеркала и будет распространяться уже в другой среде. Угол между перпендикуляром к зеркалу и первым лучом зовется углом падения, угол между перпендикуляром к зеркалу и вторым лучом - углом отражения. Эти углы равны.

формула закона отражения

Формулы геометрической оптики раскрывают многие ситуации, о которых никто даже не задумывается. Например, закон отражения объясняет, почему мы можем видеть себя в "прямом" зеркале в точности такими же, какие мы есть, и почему его искривленная поверхность создает иной образ.

Формула:

a - угол падения, b - угол отражения.

a = b

Закон преломления

Луч падения, луч преломления и перпендикуляр к зеркалу расположены в одной плоскости. Если синус падающего угла поделить на синус преломляющегося угла, то получится величина n, которая является постоянной для обеих сред.

угол преломления

n показывает, под каким углом луч из первой среды переходит во вторую, и как соотносятся составы этих сред.

Формула:

i - падающий угол. r - преломляющийся угол. n21 - показатель преломления.

sin i/sin r = n2/n1 = n21

закон преломления луча света

Закон обратимости света

О чем гласит закон обратимости света? Если луч распространяется по определенно выстроенной траектории в одном направлении, то и в противоположном направлении он повторит тот же маршрут.

Итоги

Формулы геометрической оптики в несколько упрощенном виде объясняют, как работает луч света. В этом нет ничего сложного. Да, формулы и законы геометрической оптики пренебрегают некоторыми свойствами вселенной, но нельзя недооценивать их важность для науки.

Статья закончилась. Вопросы остались?
Комментарии 0
Подписаться
Я хочу получать
Правила публикации
Редактирование комментария возможно в течении пяти минут после его создания, либо до момента появления ответа на данный комментарий.