Každý školák vie, že svetlo v homogénnom priehľadnom médiu sa pohybuje po priamej dráhe. Táto skutočnosť nám umožňuje uvažovať o mnohých optických javoch v rámci konceptu svetelného lúča. Tento článok hovorí o uhle dopadu lúča a o tom, prečo je dôležité poznať tento uhol.
Lúč svetla je mikrometrová elektromagnetická vlna
Vo fyzike existujú vlny rôzneho charakteru: zvukové, morské, elektromagnetické a niektoré ďalšie. Pojem „lúč“sa však vzťahuje len na elektromagnetické vlny, ktorých súčasťou je viditeľné spektrum. Samotné slovo „lúč“možno znázorniť ako priamku spájajúcu dva body v priestore.
Svetlo (ako vlnu) možno vnímať ako priamku, pretože každá vlna znamená prítomnosť vibrácií. Odpoveď na túto otázku spočíva v hodnote vlnovej dĺžky. Takže pre námorné a zvukové sa dĺžka pohybuje od niekoľkých centimetrov až po desiatky metrov. Samozrejme, takéto oscilácie možno len ťažko nazvať lúčom. Vlnová dĺžka svetla je menšia ako jeden mikrometer. Ľudské oko takéto vibrácie nedokáže rozlíšiť, preto sa nám to zdáže vidíme priamy lúč.
Pre úplnosť treba poznamenať, že svetelný lúč je viditeľný iba vtedy, keď sa začne rozptyľovať na malých časticiach, napríklad v prašnej miestnosti alebo kvapôčkach hmly.
Kde je dôležité poznať uhol, pod ktorým lúč dopadá na prekážku?
Jav odrazu a lomu sú najznámejšie optické efekty, s ktorými sa človek stretáva doslova každý deň, keď sa na seba pozrie do zrkadla alebo vypije pohár čaju po pohľade na lyžičku v ňom.
Matematický popis lomu a odrazu vyžaduje znalosť uhla dopadu lúča. Napríklad jav odrazu je charakterizovaný rovnosťou uhla odrazu a dopadu. Ak je opísaný zo strany procesu lomu, uhol dopadu a uhol lomu sú vo vzájomnom vzťahu prostredníctvom funkcií sínusov a indexov lomu prostredia (Snellov zákon).
Uhol, pod ktorým svetelný lúč dopadá na rozhranie medzi dvoma priehľadnými médiami, hrá dôležitú úlohu pri zvažovaní efektu vnútorného úplného odrazu v opticky hustejšom materiáli. Tento efekt sa pozoruje iba v prípade uhlov dopadu, ktoré sú väčšie ako určitá kritická hodnota.
Geometrická definícia uvažovaného uhla
Dá sa predpokladať, že existuje nejaký povrch, ktorý oddeľuje tieto dve prostredia. Tento povrch môže byť plochý, ako v prípade zrkadla, alebo môže byť zložitejší, ako napríklad ryhovaný povrch mora. Predstavte si, že na tento povrch padálúč svetla. Ako určiť uhol dopadu svetla? Urobiť to je celkom jednoduché. Nasleduje postupnosť akcií, ktoré je potrebné vykonať, aby ste našli požadovaný uhol.
- Najprv musíte určiť priesečník lúča s povrchom.
- Cez O by sa mala nakresliť kolmica na uvažovaný povrch. Často sa to nazýva normálne.
- Uhol dopadu lúča sa rovná uhlu medzi ním a normálou. Dá sa zmerať jednoduchým uhlomerom.
Ako vidíte, nie je ťažké nájsť uvažovaný uhol. Študenti však často robia chybu, keď ju merajú medzi rovinou a lúčom. Treba mať na pamäti, že uhol dopadu sa vždy meria od normály, bez ohľadu na tvar povrchu a prostredie, v ktorom sa šíri.
Sférické zrkadlá, šošovky a lúče dopadajúce na ne
Znalosť vlastností uhlov dopadu určitých lúčov sa využíva pri konštrukcii obrazov v sférických zrkadlách a tenkých šošovkách. Na vytvorenie takýchto obrázkov stačí vedieť, ako sa dva rôzne lúče správajú pri interakcii s menovanými optickými zariadeniami. Priesečník týchto lúčov určuje polohu bodu obrazu. Vo všeobecnosti možno vždy nájsť tri rôzne lúče, ktorých priebeh je presne známy (tretím lúčom možno skontrolovať správnosť zostrojeného obrazu). Tieto lúče sú pomenované nižšie.
- Prebieha paralelne s hlavnou optickou osou zariadenia. Po odraze alebo lomu prechádza ohniskom.
- Lúč prechádzajúci cez ohnisko zariadenia. Vždy sa to odrážalomené rovnobežne s hlavnou osou.
- Prechádza cez optický stred (pri sférickom zrkadle sa zhoduje so stredom gule, pri šošovke je v ňom). Takýto lúč nemení svoju trajektóriu.
Vyššie uvedený obrázok ukazuje schémy na vytváranie obrázkov pre rôzne možnosti umiestnenia objektu vzhľadom na tenké šošovky.
