Každý ví nebo alespoň slyšel, že světlo má schopnost lámat se a odrážet. Ale pouze vzorce geometrické a vlnové optiky mohou vysvětlit, jak, nebo spíše na jakém základě se to děje. A celé toto učení je založeno na konceptu „paprsku“, který zavedl Euklides tři století před naším letopočtem. Co je tedy paprsek, vědecky řečeno?
Paprsek je přímka, po které se pohybují světelné vlny. Jak, proč - na tyto otázky odpovídají vzorce geometrické optiky, která je součástí vlnové optiky. Ten druhý, jak by se dalo předpokládat, zachází s paprsky jako s vlnami.
Vzorce geometrické optiky
Zákon přímočarého šíření: paprsek v médiu stejného typu má tendenci se šířit přímočarě. To znamená, že světlo se pohybuje po nejkratší cestě, která existuje mezi dvěma body. Dalo by se dokonce říci, že světelný paprsek se snaží ušetřit čas. Tento zákon vysvětluje jevy stínu a polostínu.
Pokud je například samotný zdroj světla malý nebo je umístěn v tak velké vzdálenosti, ževelikosti lze ignorovat, světelný paprsek tvoří jasné stíny. Ale pokud je zdroj světla velký nebo velmi blízko, pak světelný paprsek vytváří neostré stíny a částečné stíny.
Zákon o nezávislé propagaci
Světelné paprsky mají tendenci se šířit nezávisle na sobě. To znamená, že se navzájem nijak neovlivní, pokud se protínají nebo procházejí v nějakém homogenním médiu. Zdá se, že si paprsky neuvědomují existenci jiných paprsků.
Zákon reflexe
Představme si, že člověk namíří laserové ukazovátko na zrcadlo. Paprsek se samozřejmě bude od zrcadla odrážet a bude se šířit v jiném prostředí. Úhel mezi kolmicí k zrcadlu a prvním paprskem se nazývá úhel dopadu, úhel mezi kolmicí k zrcadlu a druhým paprskem se nazývá úhel odrazu. Tyto úhly jsou stejné.
Vzorce geometrické optiky odhalují mnoho situací, o kterých nikdo ani nepřemýšlí. Například zákon odrazu vysvětluje, proč se můžeme vidět v „přímém“zrcadle přesně takoví, jací jsme, a proč jeho zakřivený povrch vytváří jiný obraz.
Vzorec:
a - úhel dopadu, b - úhel odrazu.
a=b
Zákon lomu
Paprsek dopadu, paprsek lomu a kolmice k zrcadlu jsou umístěny ve stejné rovině. Pokud je sinus úhlu dopadu dělen sinem úhlu lomu, získá se hodnota n, která je pro obě média konstantní.
n ukazuje, pod jakým úhlem paprsek z prvního média přechází do druhého a jak složení těchto médií koreluje.
Vzorec:
i - úhel dopadu. r - úhel lomu. n21 - index lomu.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Zákon vratnosti světla
Co říká zákon vratnosti světla? Pokud se paprsek šíří po dobře definované trajektorii v jednom směru, bude opakovat stejnou trasu v opačném směru.
Výsledky
Vzorce geometrické optiky v poněkud zjednodušené podobě vysvětlují, jak funguje paprsek světla. V tom není nic těžkého. Ano, vzorce a zákony geometrické optiky zanedbávají některé vlastnosti vesmíru, ale jejich význam pro vědu nelze podceňovat.
