Mọi người đều biết hoặc ít nhất đã nghe nói rằng ánh sáng có đặc tính khúc xạ và phản xạ. Nhưng chỉ có các công thức của quang học sóng và hình học mới có thể giải thích điều này xảy ra như thế nào, hay đúng hơn là trên cơ sở nào. Và tất cả sự giảng dạy này đều dựa trên khái niệm "tia", được Euclid đưa ra ba thế kỷ trước thời đại của chúng ta. Vậy theo khoa học thì chùm tia là gì?
Chùm sáng là một đường thẳng mà sóng ánh sáng chuyển động. Làm thế nào, tại sao - những câu hỏi này được trả lời bằng các công thức của quang học hình học, một phần của quang học sóng. Loại thứ hai, như người ta có thể giả định, coi tia như sóng.
Công thức quang học
Định luật truyền tuyến tính: một tia trong môi trường cùng loại có xu hướng truyền tuyến tính. Tức là, ánh sáng truyền theo đường ngắn nhất tồn tại giữa hai điểm. Bạn thậm chí có thể nói rằng chùm sáng tự tiết kiệm thời gian. Định luật này giải thích hiện tượng bóng đổ và bóng mờ.
Ví dụ: nếu bản thân nguồn sáng có kích thước nhỏ hoặc nằm ở khoảng cách lớn đến mức nókích thước có thể được bỏ qua, chùm ánh sáng tạo thành bóng rõ ràng. Nhưng nếu nguồn sáng lớn hoặc rất gần, thì chùm sáng tạo thành bóng mờ và bóng một phần.
Luật Tuyên truyền Độc lập
Các tia sáng có xu hướng truyền độc lập với nhau. Có nghĩa là, chúng sẽ không ảnh hưởng đến nhau theo bất kỳ cách nào nếu chúng cắt nhau hoặc đi qua nhau trong một số môi trường đồng nhất. Các tia này dường như không biết về sự tồn tại của các tia khác.
Luật Phản ánh
Hãy tưởng tượng rằng một người hướng một con trỏ laser vào gương. Tất nhiên, chùm tia sẽ bị phản xạ từ gương và sẽ lan truyền trong một môi trường khác. Góc giữa phương vuông góc với gương và tia thứ nhất gọi là góc tới, góc giữa phương vuông góc với gương và tia thứ hai gọi là góc phản xạ. Các góc này bằng nhau.
Các công thức của quang học hình học tiết lộ nhiều tình huống mà thậm chí không ai nghĩ đến. Ví dụ: quy luật phản xạ giải thích tại sao chúng ta có thể nhìn thấy mình trong gương "trực tiếp" chính xác như chúng ta đang nhìn thấy và tại sao bề mặt cong của nó lại tạo ra một hình ảnh khác.
Công thức:
a - góc tới, b - góc phản xạ.
a=b
Định luật khúc xạ
Tia tới, tia khúc xạ và phương vuông góc với gương nằm trong cùng một mặt phẳng. Nếu sin của góc tới chia cho sin của góc khúc xạ thì nhận được giá trị n, không đổi đối với cả hai phương tiện.
n cho biết ở góc nào chùm tia từ phương tiện thứ nhất truyền sang phương tiện thứ hai và cách các thành phần của các phương tiện này tương quan với nhau.
Công thức:
i - góc tới. r - góc khúc xạ. n21 - chỉ số khúc xạ.
sin i / sin r=n2 / 1=n21
Định luật về tính thuận nghịch của ánh sáng
Quy luật về sự thuận nghịch của ánh sáng nói lên điều gì? Nếu chùm tia truyền dọc theo một quỹ đạo xác định rõ theo một hướng, thì nó sẽ lặp lại cùng một lộ trình theo hướng ngược lại.
Kết quả
Các công thức của quang học hình học ở dạng đơn giản hóa giải thích cách hoạt động của một chùm ánh sáng. Không có gì khó khăn trong việc này. Đúng, các công thức và định luật của quang học hình học bỏ qua một số đặc tính của vũ trụ, nhưng tầm quan trọng của chúng đối với khoa học thì không thể bị đánh giá thấp.
