Mindenki tudja vagy legalábbis hallotta, hogy a fénynek megtörő és visszaverő tulajdonsága van. De csak a geometriai és a hullámoptika képletei magyarázhatják meg, hogyan, vagy inkább mi alapján történik ez. És mindez a tanítás a „sugár” fogalmán alapul, amelyet Eukleidész vezetett be három évszázaddal korszakunk előtt. Tehát mi a gerenda, tudományosan szólva?
A sugár egy egyenes vonal, amely mentén a fényhullámok mozognak. Hogyan, miért – ezekre a kérdésekre adnak választ a geometriai optika képletei, amely a hullámoptika része. Ez utóbbi, ahogy azt feltételezhetjük, hullámként kezeli a sugarakat.
A geometriai optika képletei
Az egyenes vonalú terjedés törvénye: az azonos típusú közegben lévő sugár egyenes vonalúan terjed. Vagyis a fény a két pont között létező legrövidebb úton halad. Akár azt is mondhatnánk, hogy a fénysugár időt takarít meg magának. Ez a törvény megmagyarázza az árnyék és a félárnyék jelenségét.
Például, ha maga a fényforrás kicsi méretű vagy olyan nagy távolságra van, hogyméretek figyelmen kívül hagyhatók, a fénysugár tiszta árnyékokat képez. De ha a fényforrás nagy vagy nagyon közel van, akkor a fénysugár homályos árnyékokat és részleges árnyékokat képez.
A független terjedés törvénye
A fénysugarak általában egymástól függetlenül terjednek. Vagyis semmiféle hatással nem lesznek egymásra, ha valamilyen homogén közegben metszik egymást, vagy áthaladnak. Úgy tűnik, hogy a sugarak nem tudnak más sugarak létezéséről.
Reflexió törvénye
Képzeljük el, hogy egy személy egy lézermutatót a tükörre mutat. Természetesen a sugár visszaverődik a tükörről és egy másik közegben terjed. A tükörre merőleges és az első sugár közötti szöget beesési szögnek, a tükörre merőleges és a második sugár közötti szöget visszaverődési szögnek nevezzük. Ezek a szögek egyenlőek.
A geometriai optika képletei sok olyan helyzetet tárnak fel, amelyekre senki nem is gondol. Például a visszaverődés törvénye megmagyarázza, hogy miért láthatjuk magunkat egy „közvetlen” tükörben pontosan olyannak, amilyenek vagyunk, és miért hoz létre ívelt felülete más képet.
Képlet:
a - beesési szög, b - visszaverődési szög.
a=b
A fénytörés törvénye
A beeső sugár, a töréssugár és a tükörre merőleges sugár ugyanabban a síkban található. Ha a beesési szög szinuszát elosztjuk a törési szög szinuszával, akkor n értéket kapunk, amely mindkét közegre állandó.
n megmutatja, hogy az első közegből érkező nyaláb milyen szögben halad át a másodikba, és hogyan korrelálnak ezeknek a közegeknek az összetétele.
Képlet:
i - beesési szög. r - törésszög. n21 - törésmutató.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
A fény megfordíthatóságának törvénye
Mit mond a fény megfordíthatóságának törvénye? Ha a nyaláb egy jól meghatározott pályán halad egy irányba, akkor ugyanazt az útvonalat az ellenkező irányban is megismétli.
Eredmények
A geometriai optika képletei némileg leegyszerűsített formában elmagyarázzák a fénysugár működését. Ebben nincs semmi nehéz. Igen, a geometriai optika képletei és törvényei figyelmen kívül hagyják az univerzum néhány tulajdonságát, de ezek fontosságát a tudomány számára nem lehet alábecsülni.
