Minden iskolás tudja, hogy a fény egy homogén átlátszó közegben egyenes úton halad. Ez a tény lehetővé teszi, hogy számos optikai jelenséget megvizsgáljunk a fénysugár fogalmának keretein belül. Ez a cikk a sugár beesési szögéről szól, és arról, hogy miért fontos tudni ezt a szöget.
A fénysugár egy mikrométeres elektromágneses hullám
A fizikában különféle természetű hullámok léteznek: hanghullámok, tengeri, elektromágneses és mások. A „sugár” kifejezés azonban csak az elektromágneses hullámokra vonatkozik, amelyeknek a látható spektrum is része. Maga a "sugár" szó egy egyenes vonalként ábrázolható, amely a tér két pontját köti össze.
A fény (mint hullám) egyenes vonalnak tekinthető, mivel minden hullám rezgések jelenlétét jelenti. A válasz erre a kérdésre a hullámhossz értékében rejlik. Tehát tengeri és hangzás esetén a hossza néhány centimétertől több tíz méterig terjed. Természetesen az ilyen kilengések aligha nevezhetők nyalábnak. A fény hullámhossza kisebb, mint egy mikrométer. Az emberi szem nem képes megkülönböztetni az ilyen rezgéseket, ezért számunkra úgy tűnikhogy közvetlen sugarat látunk.
A teljesség kedvéért meg kell jegyezni, hogy a fénysugár csak akkor látható, ha elkezd szétszóródni a kis részecskéken, például poros helyiségben vagy ködcseppeken.
Hol fontos tudni, hogy a sugár milyen szögben ütközik az akadályba?
A visszaverődés és a fénytörés jelensége a leghíresebb optikai hatás, amellyel az ember szó szerint minden nap találkozik, amikor a tükörbe néz, vagy megiszik egy pohár teát, miután megnézte a benne lévő kanalat.
A fénytörés és a visszaverődés matematikai leírása megköveteli a sugár beesési szögének ismeretét. Például a visszaverődés jelenségét a visszaverődés és a beesési szög egyenlősége jellemzi. Ha a törési folyamat oldaláról írjuk le, akkor a beesési szög és a törésszög a szinuszok függvényein és a közeg törésmutatóin keresztül viszonyul egymáshoz (Snell-törvény).
Az a szög, amelyben a fénysugár két átlátszó közeg közötti interfészre esik, fontos szerepet játszik az optikailag sűrűbb anyag belső teljes visszaverődésének hatását vizsgálva. Ez a hatás csak bizonyos kritikus értéknél nagyobb beesési szögek esetén figyelhető meg.
A figyelembe vett szög geometriai meghatározása
Feltételezhető, hogy van valamilyen felület, amely elválasztja a két környezetet. Ez a felület lehet lapos, mint egy tükör esetében, vagy összetettebb is, például a tenger bordázott felszíne. Képzeld el, hogy erre a felületre esikfénysugár. Hogyan határozható meg a fény beesési szöge? Ennek végrehajtása meglehetősen egyszerű. A következő műveletek sorozata látható a kívánt szög megtalálásához.
- Először is meg kell határoznia a sugár és a felület metszéspontját.
- O-n keresztül merőlegest kell rajzolni a vizsgált felületre. Gyakran nevezik normálisnak.
- A sugár beesési szöge egyenlő a közte és a normál között bezárt szöggel. Egyszerű szögmérővel mérhető.
Amint látja, nem nehéz megtalálni a figyelembe vett szöget. A tanulók azonban gyakran elkövetik azt a hibát, hogy a sík és a sugár között mérik. Nem szabad elfelejteni, hogy a beesési szöget mindig a normáltól mérjük, függetlenül a felület alakjától és a közegtől, amelyben terjed.
Gömb alakú tükrök, lencsék és rájuk eső sugarak
Az egyes sugarak beesési szögeinek tulajdonságainak ismeretét a gömbtükrök és vékonylencsék képeinek készítésénél használják. Az ilyen képek készítéséhez elegendő tudni, hogy két különböző nyaláb hogyan viselkedik a nevezett optikai eszközökkel való interakció során. E sugarak metszéspontja határozza meg a képpont helyzetét. Általában mindig találhatunk három különböző sugárnyalábot, amelyek lefutása pontosan ismert (a harmadik nyaláb segítségével ellenőrizhető a megszerkesztett kép helyessége). Ezek a sugarak az alábbiakban vannak elnevezve.
- Az eszköz fő optikai tengelyével párhuzamosan fut. Visszaverődés vagy fénytörés után átmegy a fókuszon.
- Az eszköz fókuszán áthaladó sugár. Mindig tükröződika főtengellyel párhuzamosan megtörve.
- Áthaladva az optikai középponton (gömbtükörnél egybeesik a gömb középpontjával, lencséknél pedig benne van). Egy ilyen nyaláb nem változtatja meg a pályáját.
A fenti ábra bemutatja a képek készítésének sémáját az objektum vékony lencsékhez viszonyított elhelyezkedésének különböző lehetőségeire.
