Svi znaju ili su barem čuli da svjetlost ima svojstvo prelamanja i refleksije. Ali samo formule geometrijske i valne optike mogu objasniti kako, odnosno na osnovu čega se to događa. I sve ovo učenje se zasniva na konceptu "zraka", koji je uveo Euklid tri veka pre naše ere. Dakle, šta je snop, naučno govoreći?
Snop je prava linija duž koje se kreću svjetlosni talasi. Kako, zašto - na ova pitanja odgovaraju formule geometrijske optike, koja je dio valne optike. Potonji, kao što se može pretpostaviti, tretira zrake kao talase.
Formule geometrijske optike
Zakon pravolinijskog širenja: zrak u mediju istog tipa teži pravolinijskom širenju. To jest, svjetlost putuje najkraćom putanjom koja postoji između dvije tačke. Moglo bi se čak reći da svjetlosni snop nastoji sebi uštedjeti vrijeme. Ovaj zakon objašnjava fenomen senke i polusenke.
Na primjer, ako je sam izvor svjetlosti male veličine ili se nalazi na tako velikoj udaljenosti daveličine se mogu zanemariti, svjetlosni snop formira jasne sjene. Ali ako je izvor svjetlosti velik ili vrlo blizu, tada svjetlosni snop formira nejasne sjene i djelomične sjene.
Zakon o nezavisnom širenju
Svjetlosni zraci imaju tendenciju da se šire nezavisno jedan od drugog. Odnosno, one neće uticati jedna na drugu ni na koji način ako se ukrštaju ili prolaze jedna kroz drugu u nekom homogenom mediju. Čini se da zraci nisu svjesni postojanja drugih zraka.
Zakon refleksije
Zamislimo da osoba uperi laserski pokazivač u ogledalo. Naravno, snop će se reflektovati od ogledala i širiti se u drugom mediju. Ugao između okomice na ogledalo i prve zrake naziva se upadni ugao, a ugao između okomice na ogledalo i druge zrake naziva se ugao refleksije. Ovi uglovi su jednaki.
Formule geometrijske optike otkrivaju mnoge situacije o kojima niko i ne razmišlja. Na primjer, zakon refleksije objašnjava zašto sebe možemo vidjeti u "direktnom" ogledalu upravo onakvima kakvi jesmo i zašto njegova zakrivljena površina stvara drugačiju sliku.
Formula:
a - upadni ugao, b - ugao refleksije.
a=b
Zakon refrakcije
Upadna zraka, zraka prelamanja i okomita na ogledalo nalaze se u istoj ravni. Ako se sinus upadnog ugla podijeli sa sinusom ugla prelamanja, onda se dobije vrijednost n, koja je konstantna za oba medija.
n pokazuje pod kojim uglom snop iz prvog medija prelazi u drugi, i kako su kompozicije ovih medija u korelaciji.
Formula:
i - upadni ugao. r - ugao prelamanja. n21 - indeks prelamanja.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Zakon reverzibilnosti svjetlosti
Šta kaže zakon reverzibilnosti svjetlosti? Ako se snop 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 njihov značaj za nauku ne može se podcijeniti.
