Жарықтың сыну және шағылысу қасиеті бар екенін бәрі біледі немесе кем дегенде естіді. Бірақ бұл қалай, дәлірек айтқанда, қандай негізде болатынын тек геометриялық және толқындық оптиканың формулалары ғана түсіндіре алады. Ал бұл ілімдердің барлығы біздің дәуірден үш ғасыр бұрын Евклид енгізген «сәуле» ұғымына негізделген. Сонымен, ғылыми тұрғыдан алғанда сәуле дегеніміз не?
Сәуле – жарық толқындары қозғалатын түзу сызық. Қалай, неге – бұл сұрақтарға толқындық оптиканың бөлігі болып табылатын геометриялық оптика формулалары жауап береді. Соңғысы, болжауға болатындай, сәулелерді толқын ретінде қарастырады.
Геометриялық оптика формулалары
Түз сызықты таралу заңы: бір типті ортадағы сәуле түзу сызықты таралуға бейім. Яғни, жарық екі нүктенің арасындағы ең қысқа жол бойымен таралады. Сіз тіпті жарық сәулесі уақытты үнемдеуге тырысады деп айтуға болады. Бұл заң көлеңке мен жарты көлеңке құбылыстарын түсіндіреді.
Мысалы, егер жарық көзінің өзі кішкентай болса немесе жарық көзінен өте үлкен қашықтықта орналассаөлшемдерді елемеуге болады, жарық сәулесі айқын көлеңкелерді құрайды. Бірақ жарық көзі үлкен немесе өте жақын болса, жарық сәулесі бұлыңғыр көлеңкелер мен жартылай көлеңкелерді құрайды.
Тәуелсіз таралу заңы
Жарық сәулелері бір-бірінен тәуелсіз таралады. Яғни, олар қандай да бір біртекті ортада бір-бірімен қиылыса немесе бір-бірінен өтіп кетсе, бір-біріне ешқандай әсер етпейді. Сәулелер басқа сәулелердің бар екенін білмейтін сияқты.
Рефлексия заңы
Адам лазерлік көрсеткішті айнаға көрсетіп тұр деп елестетейік. Әрине, сәуле айнадан көрінеді және басқа ортада таралады. Айнаға перпендикуляр мен бірінші сәуленің арасындағы бұрыш түсу бұрышы, айнаға перпендикуляр мен екінші сәуленің арасындағы бұрыш шағылу бұрышы деп аталады. Бұл бұрыштар тең.
Геометриялық оптиканың формулалары ешкімнің ойына да келмейтін көптеген жағдайларды ашады. Мысалы, шағылысу заңы өзімізді «тікелей» айнадан неге дәл біз сияқты көре алатынымызды және оның қисық беті неге басқа бейнені жасайтынын түсіндіреді.
Формула:
a - түсу бұрышы, b - шағылу бұрышы.
a=b
Сыну заңы
Түсу сәулесі, сыну сәулесі және айнаға перпендикуляр бір жазықтықта орналасқан. Түскен бұрыштың синусын сыну бұрышының синусына бөлсе, онда екі орта үшін де тұрақты болып табылатын n мәні алынады.
n бірінші ортадағы сәуленің екіншіге қандай бұрышпен өтетінін және осы тасымалдағыштардың композицияларының өзара байланысын көрсетеді.
Формула:
i - түсу бұрышы. r – сыну бұрышы. n21 - сыну көрсеткіші.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Жарықтың қайтымдылық заңы
Жарықтың қайтымдылық заңы не дейді? Егер сәуле жақсы анықталған траектория бойынша бір бағытта таралса, ол сол бағытты қарама-қарсы бағытта қайталайды.
Нәтижелер
Геометриялық оптиканың біршама жеңілдетілген формулалары жарық шоғының қалай жұмыс істейтінін түсіндіреді. Бұл жерде қиын ештеңе жоқ. Иә, геометриялық оптиканың формулалары мен заңдары ғаламның кейбір қасиеттерін елемейді, бірақ олардың ғылым үшін маңыздылығын елеусіз қалдыруға болмайды.
