เด็กนักเรียนทุกคนรู้ว่าแสงในตัวกลางโปร่งใสที่เป็นเนื้อเดียวกันเคลื่อนที่ไปตามทางตรง ข้อเท็จจริงนี้ทำให้เราพิจารณาปรากฏการณ์ทางแสงหลายอย่างภายในกรอบแนวคิดของลำแสง บทความนี้กล่าวถึงมุมตกกระทบของลำแสง และเหตุใดจึงต้องทราบมุมนี้
ลำแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าไมโครมิเตอร์
ในทางฟิสิกส์ มีคลื่นของธรรมชาติที่หลากหลาย: เสียง ทะเล คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า และอื่นๆ อย่างไรก็ตาม คำว่า "บีม" ใช้เฉพาะกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสเปกตรัมที่มองเห็นได้นั้นเป็นส่วนหนึ่ง คำว่า "เรย์" สามารถแสดงเป็นเส้นตรงเชื่อมจุดสองจุดในช่องว่าง
แสง (เป็นคลื่น) สามารถมองเห็นเป็นเส้นตรงได้ เนื่องจากคลื่นแต่ละคลื่นแสดงถึงการสั่นไหว คำตอบสำหรับคำถามนี้อยู่ที่ค่าของความยาวคลื่น ดังนั้นสำหรับทะเลและเสียง ความยาวมีตั้งแต่ไม่กี่เซนติเมตรจนถึงหลายสิบเมตร แน่นอนว่าการสั่นดังกล่าวแทบจะเรียกได้ว่าเป็นลำแสงไม่ได้ ความยาวคลื่นของแสงน้อยกว่าหนึ่งไมโครเมตร สายตามนุษย์ไม่สามารถแยกแยะความสั่นสะเทือนดังกล่าวได้ ดังนั้น สำหรับเราดูเหมือนว่าที่เราเห็นลำแสงตรง
เพื่อความสมบูรณ์ ควรสังเกตว่าลำแสงจะมองเห็นได้ก็ต่อเมื่อเริ่มกระจายบนอนุภาคขนาดเล็ก เช่น ในห้องฝุ่นหรือละอองหมอก
รู้มุมที่ลำแสงกระทบสิ่งกีดขวางสำคัญตรงไหน
ปรากฏการณ์การสะท้อนและการหักเหของแสงเป็นเอฟเฟกต์การมองเห็นที่มีชื่อเสียงที่สุดที่บุคคลพบเจออย่างแท้จริงทุกวันเมื่อเขามองดูตัวเองในกระจกหรือดื่มชาสักแก้วหลังจากมองดูช้อนในนั้น
คำอธิบายทางคณิตศาสตร์ของการหักเหและการสะท้อนต้องใช้ความรู้เกี่ยวกับมุมตกกระทบของลำแสง ตัวอย่างเช่น ปรากฏการณ์การสะท้อนมีลักษณะความเท่าเทียมกันของมุมสะท้อนและอุบัติการณ์ หากอธิบายจากด้านข้างของกระบวนการหักเห มุมตกกระทบและมุมหักเหจะสัมพันธ์กันผ่านฟังก์ชันของไซน์และดัชนีการหักเหของแสงของสื่อ (กฎของสเนล)
มุมที่ลำแสงตกกระทบบนอินเทอร์เฟซระหว่างสื่อโปร่งใสสองตัวมีบทบาทสำคัญในการพิจารณาผลกระทบของการสะท้อนทั้งหมดภายในในวัสดุที่มีความหนาแน่นทางแสงมากกว่า ผลกระทบนี้จะสังเกตได้เฉพาะในกรณีของมุมตกกระทบที่มากกว่าค่าวิกฤตบางค่า
คำจำกัดความทางเรขาคณิตของมุมที่พิจารณา
สามารถสันนิษฐานได้ว่ามีพื้นผิวบางส่วนที่แยกสภาพแวดล้อมทั้งสองออกจากกัน พื้นผิวนี้อาจราบเรียบ อย่างในกรณีของกระจก หรืออาจซับซ้อนกว่านั้น เช่น พื้นผิวที่เป็นร่องของทะเล ลองนึกภาพว่าบนพื้นผิวนี้ตกลงมาลำแสง. จะกำหนดมุมตกกระทบของแสงได้อย่างไร? การทำเช่นนี้ค่อนข้างง่าย ต่อไปนี้เป็นลำดับของการกระทำที่ควรทำเพื่อค้นหามุมที่ต้องการ
- อันดับแรก คุณต้องกำหนดจุดตัดของรังสีกับพื้นผิวก่อน
- ผ่าน O ควรวาดเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวที่พิจารณา มักเรียกกันว่าปกติ
- มุมตกกระทบของลำแสงเท่ากับมุมระหว่างมันกับมุมปกติ วัดได้ด้วยไม้โปรแทรกเตอร์อย่างง่าย
อย่างที่เห็น หามุมที่คิดได้ไม่ยาก อย่างไรก็ตาม นักเรียนมักทำผิดพลาดในการวัดระหว่างระนาบกับลำแสง ต้องจำไว้ว่ามุมตกกระทบนั้นวัดจากมุมปกติเสมอ โดยไม่คำนึงถึงรูปร่างของพื้นผิวและตัวกลางที่จะแพร่กระจาย
กระจกทรงกลม เลนส์ และรังสีที่ตกลงมา
ความรู้เรื่องคุณสมบัติของมุมตกกระทบของรังสีบางชนิดใช้ในการสร้างภาพในกระจกทรงกลมและเลนส์บาง ในการสร้างภาพดังกล่าว ก็เพียงพอแล้วที่จะรู้ว่าลำแสงสองชนิดมีพฤติกรรมอย่างไรเมื่อโต้ตอบกับอุปกรณ์ออปติคัลที่มีชื่อ จุดตัดของรังสีเหล่านี้จะกำหนดตำแหน่งของจุดภาพ ในกรณีทั่วไป เราสามารถหาลำแสงที่แตกต่างกันได้สามแบบ ซึ่งเป็นที่รู้จักแน่นอน (สามารถใช้ลำแสงที่สามเพื่อตรวจสอบความถูกต้องของภาพที่สร้างขึ้น) ด้านล่างมีชื่อรังสีเหล่านี้
- วิ่งขนานกับแกนแสงหลักของอุปกรณ์ มันผ่านโฟกัสหลังจากการสะท้อนหรือการหักเหของแสง
- ลำแสงพุ่งผ่านจุดโฟกัสของอุปกรณ์ มันสะท้อนเสมอหักเหขนานกับแกนหลัก
- ผ่านศูนย์ออปติคัล (สำหรับกระจกทรงกลมจะตรงกับศูนย์กลางของทรงกลมสำหรับเลนส์ที่อยู่ภายใน) ลำแสงดังกล่าวไม่เปลี่ยนวิถีของมัน
รูปด้านบนแสดงรูปแบบการสร้างภาพสำหรับตัวเลือกต่างๆ สำหรับตำแหน่งของวัตถุที่สัมพันธ์กับเลนส์แบบบาง