Tutti sanno o almeno hanno sentito che la luce ha la proprietà di rifrangere e riflettere. Ma solo le formule dell'ottica geometrica e ondulatoria possono spiegare come, o meglio su quali basi, ciò avvenga. E tutto questo insegnamento si basa sul concetto di "raggio", introdotto da Euclide tre secoli prima della nostra era. Quindi cos'è una trave, scientificamente parlando?
Un raggio è una linea retta lungo la quale si muovono le onde luminose. Come, perché - a queste domande rispondono le formule dell'ottica geometrica, che fa parte dell'ottica ondulatoria. Quest'ultimo, come si potrebbe supporre, tratta i raggi come onde.
Formule di ottica geometrica
La legge della propagazione rettilinea: un raggio in un mezzo dello stesso tipo tende a propagarsi rettilineo. Cioè, la luce viaggia lungo il percorso più breve che esiste tra due punti. Si potrebbe anche dire che il raggio di luce cerca di risparmiare tempo. Questa legge spiega i fenomeni di ombra e penombra.
Ad esempio, se la sorgente luminosa stessa è di piccole dimensioni o si trova a una distanza tale dale dimensioni possono essere ignorate, il raggio di luce forma ombre chiare. Ma se la sorgente luminosa è grande o molto vicina, il raggio di luce forma ombre sfocate e ombre parziali.
Legge di propagazione indipendente
I raggi luminosi tendono a propagarsi indipendentemente l'uno dall' altro. Cioè, non si influenzeranno in alcun modo se si intersecano o si attraversano in un mezzo omogeneo. I raggi sembrano non essere consapevoli dell'esistenza di altri raggi.
Legge della riflessione
Immaginiamo che una persona punti un puntatore laser verso uno specchio. Naturalmente, il raggio verrà riflesso dallo specchio e si propagherà in un altro mezzo. L'angolo tra la perpendicolare allo specchio e il primo raggio è chiamato angolo di incidenza, l'angolo tra la perpendicolare allo specchio e il secondo raggio è chiamato angolo di riflessione. Questi angoli sono uguali.
Le formule dell'ottica geometrica rivelano molte situazioni a cui nessuno nemmeno pensa. Ad esempio, la legge della riflessione spiega perché possiamo vederci in uno specchio "diretto" esattamente come siamo, e perché la sua superficie curva crea un'immagine diversa.
Formula:
a - angolo di incidenza, b - angolo di riflessione.
a=b
La legge della rifrazione
Il raggio di incidenza, il raggio di rifrazione e la perpendicolare allo specchio si trovano sullo stesso piano. Se il seno dell'angolo incidente è diviso per il seno dell'angolo di rifrazione, si ottiene il valore n, che è costante per entrambi i mezzi.
n mostra a quale angolo il raggio dal primo mezzo passa nel secondo e come le composizioni di questi mezzi sono correlati.
Formula:
i - angolo incidente. r - angolo di rifrazione. n21 - indice di rifrazione.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Legge di reversibilità della luce
Cosa dice la legge di reversibilità della luce? Se il raggio si propaga lungo una traiettoria ben definita in una direzione, ripeterà lo stesso percorso nella direzione opposta.
Risultati
Le formule dell'ottica geometrica in una forma alquanto semplificata spiegano come funziona un raggio di luce. Non c'è niente di difficile in questo. Sì, le formule e le leggi dell'ottica geometrica trascurano alcune proprietà dell'universo, ma la loro importanza per la scienza non può essere sottovalutata.
