Ikviens zina vai vismaz dzirdējis, ka gaismai ir īpašība lauzt un atstarot. Bet tikai ģeometriskās un viļņu optikas formulas var izskaidrot, kā vai drīzāk uz kāda pamata tas notiek. Un visa šī mācība ir balstīta uz jēdzienu "stars", kuru ieviesa Eiklīds trīs gadsimtus pirms mūsu ēras. Tātad, kas ir stars, zinātniski runājot?
Stari ir taisna līnija, pa kuru pārvietojas gaismas viļņi. Kā, kāpēc - uz šiem jautājumiem atbild ģeometriskās optikas formulas, kas ir daļa no viļņu optikas. Pēdējais, kā varētu pieņemt, uztver starus kā viļņus.
Ģeometriskās optikas formulas
Taisnās izplatīšanās likums: staram tāda paša veida vidē ir tendence izplatīties taisni. Tas ir, gaisma pārvietojas pa īsāko ceļu, kas pastāv starp diviem punktiem. Varētu pat teikt, ka gaismas stars cenšas ietaupīt laiku. Šis likums izskaidro ēnas un pustumsas parādības.
Piemēram, ja pats gaismas avots ir maza izmēra vai atrodas tik lielā attālumā, kaizmērus var ignorēt, gaismas stars veido skaidras ēnas. Bet, ja gaismas avots ir liels vai ļoti tuvu, tad gaismas stars veido neskaidras ēnas un daļējas ēnas.
Neatkarīgas izplatīšanas likums
Gaismas stariem ir tendence izplatīties neatkarīgi viens no otra. Tas ir, tie nekādā veidā neietekmēs viens otru, ja tie krustojas vai iet viens otram cauri kādā viendabīgā vidē. Šķiet, ka stari nezina par citu staru esamību.
Atspoguļošanas likums
Iedomāsimies, ka cilvēks vērš lāzera rādītāju uz spoguli. Protams, stars tiks atspoguļots no spoguļa un izplatīsies citā vidē. Leņķi starp perpendikulu pret spoguli un pirmo staru sauc par krišanas leņķi, leņķi starp perpendikulu pret spoguli un otro staru sauc par atstarošanas leņķi. Šie leņķi ir vienādi.
Ģeometriskās optikas formulas atklāj daudzas situācijas, par kurām neviens pat nedomā. Piemēram, atstarošanas likums izskaidro, kāpēc mēs varam redzēt sevi "tiešā" spogulī tieši tādus, kādi esam, un kāpēc tā izliektā virsma rada atšķirīgu attēlu.
Formula:
a - krišanas leņķis, b - atstarošanas leņķis.
a=b
Laušanas likums
Krišanas stars, laušanas stars un perpendikulārs spogulim atrodas vienā plaknē. Ja krītošā leņķa sinusu dala ar laušanas leņķa sinusu, tad iegūst vērtību n, kas ir nemainīga abām vidēm.
n parāda, kādā leņķī stars no pirmās vides pāriet uz otro un kā korelē šo mediju kompozīcijas.
Formula:
i - krītošais leņķis. r - laušanas leņķis. n21 - refrakcijas koeficients.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Gaismas atgriezeniskuma likums
Ko saka gaismas atgriezeniskuma likums? Ja stars izplatās pa skaidri noteiktu trajektoriju vienā virzienā, tas atkārtos to pašu maršrutu pretējā virzienā.
Rezultāti
Ģeometriskās optikas formulas nedaudz vienkāršotā veidā izskaidro, kā darbojas gaismas stars. Šajā nav nekā sarežģīta. Jā, ģeometriskās optikas formulas un likumi neņem vērā dažas Visuma īpašības, taču to nozīmi zinātnē nevar novērtēt par zemu.
