Katrs skolēns zina, ka gaisma viendabīgā caurspīdīgā vidē virzās pa taisnu ceļu. Šis fakts ļauj mums aplūkot daudzas optiskas parādības gaismas stara jēdziena ietvaros. Šajā rakstā ir runāts par staru kūļa krišanas leņķi un to, kāpēc ir svarīgi zināt šo leņķi.
Gaismas stars ir mikrometra elektromagnētiskais vilnis
Fizikā ir dažāda rakstura viļņi: skaņas, jūras, elektromagnētiskie un daži citi. Tomēr termins "staurs" attiecas tikai uz elektromagnētiskajiem viļņiem, kuru daļa ir redzamais spektrs. Vārdu "staru" var attēlot kā taisnu līniju, kas savieno divus telpas punktus.
Gaismu (kā vilni) var redzēt kā taisnu līniju, jo katrs vilnis nozīmē vibrāciju klātbūtni. Atbilde uz šo jautājumu slēpjas viļņa garuma vērtībā. Tātad jūras un skaņas garums svārstās no dažiem centimetriem līdz desmitiem metru. Protams, šādas svārstības diez vai var saukt par staru. Gaismas viļņa garums ir mazāks par vienu mikrometru. Cilvēka acs nespēj atšķirt šādas vibrācijas, tāpēc mums tā šķietka mēs redzam tiešu staru.
Pilnības labad jāatzīmē, ka gaismas stars ir redzams tikai tad, kad tas sāk izkliedēties uz mazām daļiņām, piemēram, putekļainā telpā vai miglas lāsēs.
Kur ir svarīgi zināt leņķi, kādā staru kūlis atduras pret šķērsli?
Atspoguļošanas un laušanas parādības ir slavenākie optiskie efekti, ar kuriem cilvēks sastopas burtiski katru dienu, skatoties uz sevi spogulī vai izdzerot glāzi tējas pēc tam, kad skatījies uz tajā esošo karoti.
Laušanas un atstarošanas matemātiskajam aprakstam ir nepieciešamas zināšanas par staru kūļa krišanas leņķi. Piemēram, atstarošanas fenomenu raksturo atstarošanas leņķa un krišanas vienlīdzība. Ja apraksta no laušanas procesa puses, krišanas leņķis un laušanas leņķis ir saistīti viens ar otru, izmantojot sinusu funkcijas un vides refrakcijas indeksus (Snella likums).
Leņķim, kādā gaismas stars krīt uz divu caurspīdīgu datu nesēju saskarni, ir svarīga loma, ņemot vērā iekšējās kopējās atstarošanas efektu optiski blīvākā materiālā. Šis efekts tiek novērots tikai tad, ja krišanas leņķi ir lielāki par kādu kritisko vērtību.
Aplūkotā leņķa ģeometriskā definīcija
Var pieņemt, ka ir kāda virsma, kas atdala abas vides. Šī virsma var būt plakana, piemēram, spoguļa gadījumā, vai arī tā var būt sarežģītāka, piemēram, jūras izciļņa virsma. Iedomājieties, ka uz šīs virsmas nokrītgaismas stars. Kā noteikt gaismas krišanas leņķi? To izdarīt ir pavisam vienkārši. Tālāk ir norādīta darbību secība, kas jāveic, lai atrastu vēlamo leņķi.
- Vispirms ir jānosaka stara un virsmas krustošanās punkts.
- Caur O jāvelk perpendikuls aplūkotajai virsmai. To bieži sauc par normālu.
- Sijas krišanas leņķis ir vienāds ar leņķi starp to un normālo. To var izmērīt ar vienkāršu transportieri.
Kā redzat, apskatīto leņķi nav grūti atrast. Tomēr studenti bieži pieļauj kļūdu, mērot to starp plakni un staru. Jāatceras, ka krišanas leņķi vienmēr mēra no normas neatkarīgi no virsmas formas un vides, kurā tas izplatās.
Sfēriskie spoguļi, lēcas un uz tiem krītošie stari
Zināšanas par noteiktu staru krišanas leņķu īpašībām tiek izmantotas attēlu konstruēšanā sfēriskos spoguļos un plānās lēcās. Lai izveidotu šādus attēlus, pietiek zināt, kā divi dažādi stari uzvedas, mijiedarbojoties ar nosauktajām optiskajām ierīcēm. Šo staru krustpunkts nosaka attēla punkta pozīciju. Vispārīgā gadījumā vienmēr var atrast trīs dažādus starus, kuru gaita ir precīzi zināma (ar trešo staru var pārbaudīt konstruētā attēla pareizību). Šie stari ir nosaukti tālāk.
- Darbojas paralēli ierīces galvenajai optiskajai asij. Pēc atstarošanas vai refrakcijas tas iziet cauri fokusam.
- Siju, kas iet caur ierīces fokusu. Tas vienmēr atspoguļojaslauzts paralēli galvenajai asij.
- Ejot caur optisko centru (sfēriskam spogulim tas sakrīt ar sfēras centru, objektīvam tas ir tā iekšpusē). Šāds stars nemaina savu trajektoriju.
Iepriekš redzamajā attēlā parādītas attēlu konstruēšanas shēmas dažādām objekta atrašanās vietas opcijām attiecībā pret plānām lēcām.
