Vsi vedo ali vsaj slišali, da ima svetloba lastnost loma in odbijanja. Toda le formule geometrijske in valovne optike lahko razložijo, kako oziroma na podlagi česa se to zgodi. In vse to učenje temelji na konceptu "žarka", ki ga je uvedel Evklid tri stoletja pred našo dobo. Kaj je torej žarek, znanstveno gledano?
Žarek je ravna črta, po kateri se premikajo svetlobni valovi. Kako, zakaj - na ta vprašanja odgovarjajo formule geometrijske optike, ki je del valovne optike. Slednji, kot bi lahko domnevali, obravnava žarke kot valove.
Formule geometrijske optike
Zakon premočrtnega širjenja: žarek v mediju iste vrste se nagiba k premočrtnemu širjenju. To pomeni, da svetloba potuje po najkrajši poti, ki obstaja med dvema točkama. Lahko bi celo rekli, da si svetlobni žarek želi prihraniti čas. Ta zakon pojasnjuje fenomen sence in polsen.
Na primer, če je sam vir svetlobe majhen ali se nahaja na tako veliki razdalji, davelikosti lahko zanemarimo, svetlobni žarek tvori jasne sence. Če pa je vir svetlobe velik ali zelo blizu, potem svetlobni žarek tvori mehke sence in delne sence.
Zakon o neodvisnem razmnoževanju
Svetlobni žarki se običajno širijo neodvisno drug od drugega. To pomeni, da ne bodo vplivali drug na drugega, če se sekajo ali prehajajo drug skozi drugega v nekem homogenem mediju. Zdi se, da se žarki ne zavedajo obstoja drugih žarkov.
Zakon odseva
Predstavljajmo si, da človek usmeri laserski kazalec v ogledalo. Seveda se bo žarek odbijal od ogledala in se bo širil v drugem mediju. Kot med pravokotnico na zrcalo in prvim žarkom imenujemo vpadni kot, kot med pravokotnico na zrcalo in drugim žarkom pa odbojni kot. Ti koti so enaki.
Formule geometrijske optike razkrivajo številne situacije, o katerih nihče niti ne pomisli. Zakon odboja na primer pojasnjuje, zakaj se lahko vidimo v "neposrednem" ogledalu točno takšne, kot smo, in zakaj njegova ukrivljena površina ustvarja drugačno podobo.
Formula:
a - vpadni kot, b - odbojni kot.
a=b
Zakon loma
Vpadni žarek, lomni žarek in pravokotnica na zrcalo se nahajajo v isti ravnini. Če sinus vpadnega kota delimo s sinusom lomnega kota, dobimo vrednost n, ki je konstantna za oba medija.
n prikazuje, pod kakšnim kotom žarek iz prvega medija prehaja v drugega in kako so kompozicije teh medijev v korelaciji.
Formula:
i - vpadni kot. r - lomni kot. n21 - lomni indeks.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Zakon reverzibilnosti svetlobe
Kaj pravi zakon reverzibilnosti svetlobe? Če se žarek širi po dobro določeni poti v eni smeri, bo isto pot ponovil v nasprotni smeri.
Rezultati
Formule geometrijske optike v nekoliko poenostavljeni obliki pojasnjujejo, kako deluje žarek svetlobe. V tem ni nič težkega. Da, formule in zakoni geometrijske optike zanemarjajo nekatere lastnosti vesolja, vendar njihovega pomena za znanost ni mogoče podcenjevati.
