همه می دانند یا حداقل شنیده اند که نور خاصیت انکسار و انعکاس دارد. اما فقط فرمول های اپتیک هندسی و موجی می توانند توضیح دهند که چگونه، یا بهتر است بگوییم بر چه اساسی، این اتفاق می افتد. و همه این آموزه ها بر اساس مفهوم "پرتو" است که توسط اقلیدس سه قرن قبل از عصر ما ارائه شده است. بنابراین از نظر علمی پرتو چیست؟
پرتو یک خط مستقیم است که امواج نور در امتداد آن حرکت می کنند. چگونه، چرا - این سوالات با فرمول های اپتیک هندسی که بخشی از اپتیک موجی است، پاسخ داده می شود. دومی، همانطور که ممکن است تصور شود، پرتوها را به عنوان امواج در نظر می گیرد.
فرمول های اپتیک هندسی
قانون انتشار مستقیم: یک پرتو در محیطی از همان نوع تمایل به انتشار مستقیم دارد. یعنی نور در کوتاه ترین مسیری که بین دو نقطه وجود دارد حرکت می کند. حتی می توان گفت که پرتو نور به دنبال صرفه جویی در زمان خود است. این قانون پدیده های سایه و نیم سایه را توضیح می دهد.
برای مثال، اگر خود منبع نور اندازه کوچکی داشته باشد یا در فاصله زیادی قرار گرفته باشد کهاندازه ها را می توان نادیده گرفت، پرتو نور سایه های روشنی را تشکیل می دهد. اما اگر منبع نور بزرگ یا خیلی نزدیک باشد، پرتو نور سایه‌های مبهم و سایه‌های جزئی را تشکیل می‌دهد.
قانون انتشار مستقل
پرتوهای نور تمایل دارند مستقل از یکدیگر منتشر شوند. یعنی اگر در یک محیط همگن از همدیگر تلاقی یا عبور کنند به هیچ وجه روی یکدیگر تأثیر نخواهند گذاشت. به نظر می رسد پرتوها از وجود پرتوهای دیگر بی خبرند.
قانون بازتاب
بیایید تصور کنیم که شخصی یک نشانگر لیزری را به سمت آینه نشانه می گیرد. البته پرتو از آینه منعکس شده و در محیط دیگری منتشر می شود. زاویه بین عمود بر آینه و پرتو اول را زاویه تابش و زاویه بین عمود بر آینه و پرتو دوم را زاویه بازتاب می نامند. این زوایا مساوی هستند.
فرمول های اپتیک هندسی موقعیت های زیادی را نشان می دهد که هیچ کس حتی به آنها فکر نمی کند. برای مثال، قانون انعکاس توضیح می‌دهد که چرا ما می‌توانیم خود را در آینه «مستقیم» دقیقاً همانطور که هستیم ببینیم و چرا سطح منحنی آن تصویر متفاوتی ایجاد می‌کند.
فرمول:
a - زاویه تابش، b - زاویه بازتاب.
a=b
قانون شکست
اشعه تابش، پرتو شکست و عمود بر آینه در یک صفحه قرار دارند. اگر سینوس زاویه برخورد بر سینوس زاویه شکست تقسیم شود، مقدار n بدست می‌آید که برای هر دو محیط ثابت است.
n نشان می دهد که پرتو از محیط اول در چه زاویه ای به محیط دوم می رود، و چگونه ترکیبات این رسانه ها با هم ارتباط دارند.
فرمول:
i - زاویه برخورد. r - زاویه انکسار. n21 - ضریب شکست.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
قانون برگشت پذیری نور
قانون برگشت پذیری نور چه می گوید؟ اگر پرتو در امتداد یک مسیر کاملاً مشخص در یک جهت منتشر شود، همان مسیر را در جهت مخالف تکرار خواهد کرد.
نتایج
فرمول های اپتیک هندسی به شکلی ساده شده نحوه عملکرد یک پرتو نور را توضیح می دهد. هیچ چیز سختی در این نیست. بله، فرمول‌ها و قوانین اپتیک هندسی برخی از ویژگی‌های جهان را نادیده می‌گیرند، اما اهمیت آنها برای علم را نمی‌توان نادیده گرفت.
