Kaikki tietävät tai ainakin kuulleet, että valolla on ominaisuus taittaa ja heijastaa. Mutta vain geometrisen ja a altooptiikan kaavat voivat selittää kuinka tai pikemminkin millä perusteella tämä tapahtuu. Ja kaikki tämä opetus perustuu käsitteeseen "säde", jonka Euclid esitteli kolme vuosisataa ennen aikakauttamme. Joten mikä on palkki tieteellisesti katsottuna?
Säde on suora viiva, jota pitkin valoaallot liikkuvat. Miten, miksi - näihin kysymyksiin vastataan geometrisen optiikan kaavoilla, jotka ovat osa a altooptiikkaa. Jälkimmäinen, kuten voisi olettaa, kohtelee säteitä a altoina.
Geometrisen optiikan kaavat
Suoraviivaisen etenemisen laki: samantyyppisessä väliaineessa oleva säde pyrkii etenemään suoraviivaisesti. Eli valo kulkee lyhintä reittiä, joka on kahden pisteen välillä. Voisi jopa sanoa, että valonsäde pyrkii säästämään aikaa. Tämä laki selittää varjon ja penumbran ilmiöt.
Esimerkiksi jos itse valonlähde on pienikokoinen tai sijaitsee niin suurella etäisyydellä, että sekoot voidaan jättää huomiotta, valonsäde muodostaa selkeitä varjoja. Mutta jos valonlähde on suuri tai hyvin lähellä, valonsäde muodostaa sumeita varjoja ja osittaisia varjoja.
Itsenäisen leviämisen laki
Valosäteet pyrkivät etenemään toisistaan riippumatta. Toisin sanoen ne eivät vaikuta toisiinsa millään tavalla, jos ne leikkaavat tai kulkevat toistensa läpi jossain homogeenisessa väliaineessa. Säteet eivät näytä olevan tietoisia muiden säteiden olemassaolosta.
Heijastuslaki
Kuvitellaan, että henkilö osoittaa laserosoittimella peiliä. Tietenkin säde heijastuu peilistä ja etenee toisessa väliaineessa. Peiliin kohdistuvan kohtisuoran ja ensimmäisen säteen välistä kulmaa kutsutaan tulokulmaksi, peiliin kohtisuoran ja toisen säteen välistä kulmaa kutsutaan heijastuskulmaksi. Nämä kulmat ovat yhtä suuret.
Geometrisen optiikan kaavat paljastavat monia tilanteita, joita kukaan ei edes ajattele. Esimerkiksi heijastuslaki selittää, miksi voimme nähdä itsemme "suorassa" peilissä juuri sellaisina kuin olemme ja miksi sen kaareva pinta luo erilaisen kuvan.
Kaava:
a - tulokulma, b - heijastuskulma.
a=b
Taittumislaki
Tuleva säde, taittosäde ja kohtisuora peiliin nähden sijaitsevat samassa tasossa. Jos tulokulman sini jaetaan taitekulman sinillä, saadaan arvo n, joka on vakio molemmille väliaineille.
n näyttää, missä kulmassa säde ensimmäisestä väliaineesta siirtyy toiseen ja kuinka näiden välineiden koostumukset korreloivat.
Kaava:
i - kohtauskulma. r - taitekulma. n21 - taitekerroin.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Valon kääntyvyyden laki
Mitä valon palautuvuuden laki sanoo? Jos säde etenee tarkasti määriteltyä lentorataa pitkin yhteen suuntaan, se toistaa samaa reittiä vastakkaiseen suuntaan.
Tulokset
Geometrisen optiikan kaavat hieman yksinkertaistetussa muodossa selittävät kuinka valonsäde toimii. Tässä ei ole mitään vaikeaa. Kyllä, geometrisen optiikan kaavat ja lait jättävät huomioimatta joitakin maailmankaikkeuden ominaisuuksia, mutta niiden merkitystä tieteelle ei voida aliarvioida.
