Tothom sap o almenys ha sentit que la llum té la propietat de refractar i reflectir. Però només les fórmules de l'òptica geomètrica i ondulatòria poden explicar com, o més aviat sobre quina base, això passa. I tot aquest ensenyament es basa en el concepte de "raig", que va ser introduït per Euclides tres segles abans de la nostra era. Aleshores, què és un feix, científicament parlant?
Un feix és una línia recta al llarg de la qual es mouen les ones de llum. Com, per què, aquestes preguntes es responen amb les fórmules de l'òptica geomètrica, que forma part de l'òptica ondulatòria. Aquest últim, com es podria suposar, tracta els raigs com a ones.
Fórmules d'òptica geomètrica
La llei de la propagació rectilini: un raig en un medi del mateix tipus tendeix a propagar-se rectilini. És a dir, la llum viatja pel camí més curt que hi ha entre dos punts. Fins i tot es podria dir que el feix de llum busca estalviar-se temps. Aquesta llei explica els fenòmens de l'ombra i la penombra.
Per exemple, si la font de llum en si és de mida petita o es troba a una distància tan gran queles mides es poden ignorar, el feix de llum forma ombres clares. Però si la font de llum és gran o molt propera, aleshores el feix de llum forma ombres borroses i ombres parcials.
Llei de la propagació independent
Els raigs de llum tendeixen a propagar-se independentment els uns dels altres. És a dir, no s'afectaran de cap manera si es creuen o travessen en algun medi homogeni. Sembla que els raigs no són conscients de l'existència d' altres raigs.
Llei de la reflexió
Imaginem que una persona apunta amb un punter làser cap a un mirall. Per descomptat, el feix es reflectirà pel mirall i es propagarà en un altre medi. L'angle entre la perpendicular al mirall i el primer raig s'anomena angle d'incidència, l'angle entre la perpendicular al mirall i el segon raig s'anomena angle de reflexió. Aquests angles són iguals.
Les fórmules de l'òptica geomètrica revelen moltes situacions en les quals ningú ni pensa. Per exemple, la llei de la reflexió explica per què ens podem veure en un mirall "directe" exactament com som, i per què la seva superfície corbada crea una imatge diferent.
Fórmula:
a - angle d'incidència, b - angle de reflexió.
a=b
La llei de la refracció
El raig d'incidència, el raig de refracció i la perpendicular al mirall estan situats en el mateix pla. Si el sinus de l'angle incident es divideix pel sinus de l'angle de refracció, s'obté el valor n, que és constant per als dos medis.
n mostra en quin angle passa el feix del primer medi al segon i com es correlacionen les composicions d'aquests mitjans.
Fórmula:
i - angle d'incidència. r - angle de refracció. n21 - índex de refracció.
sin i/sin r=n2/ 1= n21
Llei de la reversibilitat de la llum
Què diu la llei de reversibilitat de la llum? Si el feix es propaga al llarg d'una trajectòria ben definida en una direcció, repetirà la mateixa ruta en la direcció oposada.
Resultats
Les fórmules de l'òptica geomètrica en una forma una mica simplificada expliquen com funciona un feix de llum. No hi ha res difícil en això. Sí, les fórmules i les lleis de l'òptica geomètrica descuiden algunes de les propietats de l'univers, però no es pot subestimar la seva importància per a la ciència.
