ทุกคนรู้หรืออย่างน้อยก็ได้ยินว่าแสงมีคุณสมบัติในการหักเหและสะท้อนแสง แต่มีเพียงสูตรของเรขาคณิตและทัศนศาสตร์คลื่นเท่านั้นที่สามารถอธิบายได้ว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร และการสอนทั้งหมดนี้อิงตามแนวคิดของ "รังสี" ซึ่ง Euclid นำเสนอเมื่อสามศตวรรษก่อนยุคของเรา แล้วลำแสงที่พูดในทางวิทยาศาสตร์คืออะไร
ลำแสงเป็นเส้นตรงที่คลื่นแสงเคลื่อนตัว อย่างไร ทำไม - คำถามเหล่านี้ตอบโดยสูตรของทัศนศาสตร์เรขาคณิตซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเลนส์คลื่น อย่างหลังอาจถือว่ารังสีเป็นคลื่น
สูตรของเลนส์เรขาคณิต
กฎการขยายพันธุ์เป็นเส้นตรง: รังสีในตัวกลางประเภทเดียวกันมีแนวโน้มที่จะแพร่กระจายเป็นเส้นตรง นั่นคือ แสงเดินทางตามเส้นทางที่สั้นที่สุดที่อยู่ระหว่างจุดสองจุด คุณยังสามารถพูดได้ว่าลำแสงพยายามที่จะประหยัดเวลา กฎข้อนี้อธิบายปรากฏการณ์ของเงาและเงามัว
ตัวอย่างเช่น หากแหล่งกำเนิดแสงมีขนาดเล็กหรืออยู่ห่างจากระยะไกลมากจนมันขนาดไม่สามารถละเลยได้ ลำแสงจะสร้างเงาที่ชัดเจน แต่ถ้าแหล่งกำเนิดแสงมีขนาดใหญ่หรืออยู่ใกล้มาก ลำแสงจะสร้างเงาคลุมเครือและเงาบางส่วน
กฎการขยายพันธุ์อิสระ
รังสีของแสงมักจะแพร่กระจายอย่างอิสระจากกัน กล่าวคือจะไม่ส่งผลกระทบซึ่งกันและกันในทางใดทางหนึ่งหากพวกมันตัดกันหรือผ่านเข้าไปในตัวกลางที่เป็นเนื้อเดียวกัน รังสีดูเหมือนจะไม่รู้ถึงการมีอยู่ของรังสีอื่น
กฎแห่งการสะท้อน
ลองนึกดูว่ามีคนชี้ตัวชี้เลเซอร์ไปที่กระจก แน่นอนว่าลำแสงจะสะท้อนจากกระจกและจะแพร่กระจายไปยังสื่ออื่น มุมระหว่างแนวตั้งฉากกับกระจกและรังสีแรกเรียกว่ามุมตกกระทบ มุมระหว่างแนวตั้งฉากกับกระจกกับรังสีที่สองเรียกว่ามุมสะท้อน มุมเหล่านี้เท่ากัน
สูตรของเลนส์เรขาคณิตเผยสถานการณ์มากมายที่ไม่มีใครคิด ตัวอย่างเช่น กฎการสะท้อนอธิบายสาเหตุที่เราเห็นตัวเองในกระจก "ตรง" อย่างที่เราเป็น และทำไมพื้นผิวโค้งของมันจึงสร้างภาพที่ต่างออกไป
สูตร:
a - มุมตกกระทบ b - มุมสะท้อน
a=b
กฎการหักเห
รังสีอุบัติการณ์ รังสีหักเห และเส้นตั้งฉากกับกระจกอยู่ในระนาบเดียวกัน หากไซน์ของมุมตกกระทบถูกหารด้วยไซน์ของมุมหักเห จะได้ค่า n ซึ่งเป็นค่าคงที่สำหรับตัวกลางทั้งสอง
n แสดงให้เห็นว่าลำแสงจากสื่อตัวแรกผ่านเข้าไปในตัวที่สองในมุมใด และองค์ประกอบของสื่อเหล่านี้สัมพันธ์กันอย่างไร
สูตร:
i - มุมตกกระทบ r - มุมหักเห n21 - ดัชนีการหักเหของแสง
ซิน i/sin r=n2/ 1= n21
กฎการย้อนกลับของแสง
กฎการย้อนกลับของแสงพูดว่าอะไร? หากลำแสงกระจายไปตามวิถีที่กำหนดไว้อย่างชัดเจนในทิศทางเดียว มันจะทำซ้ำเส้นทางเดิมในทิศทางตรงกันข้าม
ผลลัพธ์
สูตรของเลนส์เรขาคณิตในรูปแบบที่ค่อนข้างง่ายจะอธิบายวิธีการทำงานของลำแสง ไม่มีอะไรยากในเรื่องนี้ ใช่ สูตรและกฎของทัศนศาสตร์เรขาคณิตละเลยคุณสมบัติบางอย่างของจักรวาล แต่ไม่ควรมองข้ามความสำคัญที่มีต่อวิทยาศาสตร์
