Alle ved eller i det mindste hørt, at lys har den egenskab at bryde og reflektere. Men kun formlerne for geometrisk og bølgeoptik kan forklare, hvordan, eller rettere på hvilket grundlag, dette sker. Og al denne undervisning er baseret på begrebet "stråle", som blev introduceret af Euklid tre århundreder før vor tidsregning. Så hvad er en stråle, videnskabeligt set?
En stråle er en lige linje, langs hvilken lysbølger bevæger sig. Hvordan, hvorfor - disse spørgsmål besvares af formlerne for geometrisk optik, som er en del af bølgeoptik. Sidstnævnte behandler, som man kunne antage, stråler som bølger.
Formler for geometrisk optik
Loven om retlinet udbredelse: en stråle i et medium af samme type har tendens til at udbrede sig retlinet. Det vil sige, at lys bevæger sig langs den korteste vej, der findes mellem to punkter. Man kan endda sige, at lysstrålen søger at spare sig selv for tid. Denne lov forklarer fænomenerne skygge og penumbra.
F.eks. hvis selve lyskilden er lille i størrelse eller er placeret i så stor afstand, at denstørrelser kan ignoreres, lysstrålen danner klare skygger. Men hvis lyskilden er stor eller meget tæt på, så danner lysstrålen uklare skygger og delskygger.
Lov om uafhængig udbredelse
Lysstråler har en tendens til at forplante sig uafhængigt af hinanden. Det vil sige, at de ikke vil påvirke hinanden på nogen måde, hvis de krydser eller passerer gennem hinanden i et homogent medium. Strålerne ser ud til at være uvidende om eksistensen af andre stråler.
Refleksionslov
Lad os forestille os, at en person peger en laserpointer mod et spejl. Selvfølgelig vil strålen blive reflekteret fra spejlet og vil forplante sig i et andet medium. Vinklen mellem den vinkelrette på spejlet og den første stråle kaldes indfaldsvinklen, vinklen mellem den vinkelrette på spejlet og den anden stråle kaldes refleksionsvinklen. Disse vinkler er ens.
Formlerne for geometrisk optik afslører mange situationer, som ingen selv tænker på. For eksempel forklarer loven om refleksion, hvorfor vi kan se os selv i et "direkte" spejl præcis, som vi er, og hvorfor dens buede overflade skaber et andet billede.
Formel:
a - indfaldsvinkel, b - reflektionsvinkel.
a=b
Leg om brydning
Indfaldsstrålen, brydningsstrålen og vinkelret på spejlet er placeret i samme plan. Hvis sinus for indfaldsvinklen divideres med sinus for brydningsvinklen, opnås værdien n, som er konstant for begge medier.
n viser, i hvilken vinkel strålen fra det første medie går over i det andet, og hvordan sammensætningerne af disse medier hænger sammen.
Formel:
i - indfaldsvinkel. r - brydningsvinkel. n21 - brydningsindeks.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
lov om lysets reversibilitet
Hvad siger loven om lysets reversibilitet? Hvis strålen forplanter sig langs en veldefineret bane i én retning, vil den gentage den samme rute i den modsatte retning.
Resultater
Formlerne for geometrisk optik i en noget forenklet form forklarer, hvordan en lysstråle fungerer. Der er ikke noget svært i dette. Ja, formlerne og lovene for geometrisk optik negligerer nogle af universets egenskaber, men deres betydning for videnskaben kan ikke undervurderes.
