Vsak šolar ve, da se svetloba v homogenem prosojnem mediju giblje po ravni poti. To dejstvo nam omogoča, da v okviru koncepta svetlobnega žarka obravnavamo številne optične pojave. Ta članek govori o vpadnem kotu žarka in zakaj je pomembno poznati ta kot.
Snop svetlobe je mikrometrski elektromagnetno valovanje
V fiziki obstajajo valovi različne narave: zvočni, morski, elektromagnetni in nekateri drugi. Vendar pa se izraz "žarek" nanaša samo na elektromagnetna valovanja, katerih del je vidni spekter. Sama beseda "žarek" je lahko predstavljena kot ravna črta, ki povezuje dve točki v prostoru.
Svetlobo (kot val) lahko vidimo kot ravno črto, ker vsak val implicira prisotnost vibracij. Odgovor na to vprašanje je v vrednosti valovne dolžine. Torej, za pomorstvo in zvok se dolžina giblje od nekaj centimetrov do deset metrov. Seveda takih nihanj težko imenujemo žarek. Valovna dolžina svetlobe je manjša od enega mikrometra. Človeško oko takšnih vibracij ne more razlikovati, zato se nam zdi, dada vidimo neposreden žarek.
Zaradi popolnosti je treba opozoriti, da je svetlobni žarek viden le, ko se začne razpršiti na majhnih delcih, na primer v prašnem prostoru ali kapljicah megle.
Kje je pomembno vedeti, pod katerim kotom žarek udari v oviro?
Pojava odboja in loma sta najbolj znana optična učinka, s katerimi se človek sreča dobesedno vsak dan, ko se pogleda v ogledalo ali spije kozarec čaja, potem ko pogleda žlico v njem.
Matematični opis loma in odboja zahteva poznavanje vpadnega kota žarka. Na primer, za pojav refleksije je značilna enakost kota odboja in vpadnega kota. Če sta opisana s strani lomnega procesa, sta vpadni in lomni kot med seboj povezana s funkcijami sinusov in lomnih indeksov medija (Snellov zakon).
Kot, pod katerim svetlobni žarek pade na vmesnik med dvema prosojnima medijema, igra pomembno vlogo pri upoštevanju učinka notranjega popolnega odboja v optično gostejšem materialu. Ta učinek opazimo le v primeru vpadnih kotov, ki so večji od neke kritične vrednosti.
Geometrijska definicija obravnavanega kota
Lahko predpostavimo, da obstaja neka površina, ki ločuje obe okolji. Ta površina je lahko ravna, kot v primeru ogledala, ali pa je lahko bolj zapletena, kot je grebenasta površina morja. Predstavljajte si, da na tej površini padesvetlobni žarek. Kako določiti vpadni kot svetlobe? Če želite to narediti, je precej preprosto. Sledi zaporedje dejanj, ki jih je treba izvesti za iskanje želenega kota.
- Najprej morate določiti točko preseka žarka s površino.
- Skozi O je treba narisati pravokotno na obravnavano površino. Pogosto se imenuje normalno.
- Vpadni kot žarka je enak kotu med njim in normalo. Izmerimo ga lahko s preprostim kotomerjem.
Kot vidite, ni težko najti obravnavanega kota. Vendar učenci pogosto naredijo napako, če jo merijo med ravnino in žarkom. Ne smemo pozabiti, da se vpadni kot vedno meri od normale, ne glede na obliko površine in medij, v katerem se širi.
Sferična ogledala, leče in žarki, ki padajo nanje
Poznavanje lastnosti vpadnih kotov določenih žarkov se uporablja pri gradnji slik v sferičnih zrcalih in tankih lečah. Za izdelavo takšnih slik je dovolj vedeti, kako se dva različna žarka obnašata pri interakciji z imenovanimi optičnimi napravami. Presečišče teh žarkov določa položaj slikovne točke. V splošnem primeru lahko vedno najdemo tri različne žarke, katerih potek je natančno znan (s tretjim žarkom lahko preverimo pravilnost izdelane slike). Ti žarki so poimenovani spodaj.
- Teče vzporedno z glavno optično osjo naprave. Prehaja skozi žarišče po odboju ali lomu.
- Žar, ki poteka skozi žarišče naprave. Vedno se odražalomljeno vzporedno z glavno osjo.
- Prehod skozi optično središče (pri sferičnem zrcalu sovpada s središčem krogle, pri leči je znotraj njega). Tak žarek ne spremeni svoje poti.
Zgornja slika prikazuje sheme za izdelavo slik za različne možnosti lokacije predmeta glede na tanke leče.
