Svi znaju ili su barem čuli da svjetlost ima svojstvo loma i reflektiranja. Ali samo formule geometrijske i valne optike mogu objasniti kako, odnosno na temelju čega se to događa. A sve se to učenje temelji na konceptu "zrake", koji je uveo Euklid tri stoljeća prije naše ere. Dakle, što je snop, znanstveno govoreći?
Snop je ravna linija duž koje se kreću svjetlosni valovi. Kako, zašto - na ova pitanja odgovaraju formule geometrijske optike, koja je dio valne optike. Potonji, kao što se moglo pretpostaviti, tretira zrake kao valove.
Formule geometrijske optike
Zakon pravolinijskog širenja: zraka u mediju istog tipa teži pravolinijskom širenju. To jest, svjetlost putuje najkraćim putem koji postoji između dvije točke. Moglo bi se čak reći da svjetlosni snop nastoji uštedjeti vrijeme. Ovaj zakon objašnjava fenomen sjene i polusjene.
Na primjer, ako je sam izvor svjetlosti male veličine ili se nalazi na tako velikoj udaljenosti daveličine se mogu zanemariti, svjetlosni snop stvara jasne sjene. Ali ako je izvor svjetlosti velik ili vrlo blizu, tada svjetlosni snop stvara nejasne sjene i djelomične sjene.
Zakon neovisnog razmnožavanja
Svjetlosne zrake imaju tendenciju širenja neovisno jedna o drugoj. Odnosno, neće utjecati jedni na druge ni na koji način ako se sijeku ili prolaze jedno kroz drugo u nekom homogenom mediju. Čini se da zrake nisu svjesne postojanja drugih zraka.
Zakon refleksije
Zamislimo da osoba uperi laserski pokazivač u zrcalo. Naravno, snop će se reflektirati od zrcala i širit će se u drugom mediju. Kut između okomice na zrcalo i prve zrake naziva se upadni kut, kut između okomice na zrcalo i druge zrake naziva se kut refleksije. Ovi kutovi su jednaki.
Formule geometrijske optike otkrivaju mnoge situacije o kojima nitko niti ne razmišlja. Na primjer, zakon refleksije objašnjava zašto sebe možemo vidjeti u "izravnom" zrcalu točno onakvima kakvi jesmo i zašto njegova zakrivljena površina stvara drugačiju sliku.
Formula:
a - upadni kut, b - kut refleksije.
a=b
Zakon loma
Zraka upada, zraka loma i okomita na zrcalo nalaze se u istoj ravnini. Ako se sinus upadnog kuta podijeli sa sinusom kuta loma, onda se dobije vrijednost n, koja je konstantna za oba medija.
n pokazuje pod kojim kutom snop iz prvog medija prelazi u drugi i kako su sastavi tih medija u korelaciji.
Formula:
i - upadni kut. r - lomni kut. n21 - indeks loma.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Zakon reverzibilnosti svjetlosti
Što kaže zakon reverzibilnosti svjetlosti? Ako se zraka širi duž dobro definirane putanje u jednom smjeru, tada će ponoviti istu rutu u suprotnom smjeru.
Rezultati
Formule geometrijske optike u donekle pojednostavljenom obliku objašnjavaju kako radi snop svjetlosti. U ovome nema ništa teško. Da, formule i zakoni geometrijske optike zanemaruju neka svojstva svemira, ali njihova se važnost za znanost ne može podcijeniti.
