Svaki školarac zna da se svjetlost u homogenom prozirnom mediju kreće ravnom putanjom. Ova činjenica nam omogućuje da u okviru koncepta svjetlosnog snopa razmotrimo mnoge optičke pojave. Ovaj članak govori o kutu upada zraka i zašto je važno znati taj kut.
Snop svjetlosti je mikrometarski elektromagnetski val
U fizici postoje valovi različite prirode: zvučni, morski, elektromagnetski i neki drugi. Međutim, izraz "snop" odnosi se samo na elektromagnetske valove, čiji je dio vidljivi spektar. Sama riječ "zraka" može se predstaviti kao ravna linija koja spaja dvije točke u prostoru.
Svjetlost (kao val) se može vidjeti kao ravna linija, jer svaki val implicira prisutnost vibracija. Odgovor na ovo pitanje leži u vrijednosti valne duljine. Dakle, za more i zvuk, duljina se kreće od nekoliko centimetara do desetaka metara. Naravno, takve se oscilacije teško mogu nazvati snopom. Valna duljina svjetlosti je manja od jednog mikrometra. Ljudsko oko nije u stanju razlikovati takve vibracije, stoga nam se čini dada vidimo izravni snop.
Radi potpunosti, treba napomenuti da je svjetlosni snop vidljiv samo kada se počne raspršivati na malim česticama, kao što su u prašnjavoj prostoriji ili kapljice magle.
Gdje je važno znati kut pod kojim snop udara u prepreku?
Fenomeni refleksije i refrakcije najpoznatiji su optički efekti s kojima se čovjek susreće doslovno svaki dan kada se pogleda u ogledalo ili popije čašu čaja nakon što pogleda u žlicu u njemu.
Matematički opis loma i refleksije zahtijeva poznavanje kuta upada zraka. Na primjer, fenomen refleksije karakterizira jednakost kuta refleksije i upada. Ako se opiše sa strane procesa refrakcije, kut upada i kut loma povezani su jedan s drugim kroz funkcije sinusa i indeksa loma medija (Snellov zakon).
Kut pod kojim svjetlosni snop pada na sučelje između dva prozirna medija igra važnu ulogu kada se razmatra učinak unutarnje totalne refleksije u optički gušćem materijalu. Ovaj učinak se opaža samo u slučaju upadnih kutova koji su veći od neke kritične vrijednosti.
Geometrijska definicija razmatranog kuta
Može se pretpostaviti da postoji neka površina koja razdvaja dva okruženja. Ova površina može biti ravna, kao u slučaju zrcala, ili može biti složenija, kao što je grebenasta površina mora. Zamislite da na ovoj površini padasvjetlosni snop. Kako odrediti kut upada svjetlosti? Za to je prilično jednostavno. Slijedi slijed radnji koje treba učiniti kako biste pronašli željeni kut.
- Prvo, morate odrediti točku presjeka zraka s površinom.
- Kroz O treba povući okomicu na razmatranu površinu. Često se naziva normalnim.
- Upadni kut snopa jednak je kutu između njega i normale. Može se izmjeriti jednostavnim kutomjerom.
Kao što vidite, nije teško pronaći razmatrani kut. Međutim, učenici često griješe kad ga mjere između ravnine i grede. Mora se imati na umu da se kut upada uvijek mjeri od normale, bez obzira na oblik površine i medij u kojem se širi.
Sferična zrcala, leće i zrake koje padaju na njih
Poznavanje svojstava upadnih kutova pojedinih zraka koristi se u konstrukciji slika u sfernim zrcalima i tankim lećama. Za izgradnju takvih slika dovoljno je znati kako se ponašaju dvije različite zrake u interakciji s imenovanim optičkim uređajima. Sjecište ovih zraka određuje položaj točke slike. U općem slučaju uvijek se mogu pronaći tri različita snopa, čiji je tijek točno poznat (treća zraka se može koristiti za provjeru ispravnosti konstruirane slike). Ove zrake su dolje nazvane.
- Pokreće se paralelno s glavnom optičkom osi uređaja. Prolazi kroz fokus nakon refleksije ili refrakcije.
- Zraka koja prolazi kroz fokus uređaja. Uvijek se odražavalomi paralelno s glavnom osi.
- Prolazak kroz optičko središte (kod sfernog zrcala ono se poklapa sa središtem kugle, za leću je unutar njega). Takav snop ne mijenja svoju putanju.
Slika iznad prikazuje sheme za izradu slika za različite opcije položaja objekta u odnosu na tanke leće.
