כל תלמיד בית ספר יודע שאור במדיום שקוף הומוגני נע לאורך שביל ישר. עובדה זו מאפשרת לנו לשקול תופעות אופטיות רבות במסגרת המושג קרן אור. מאמר זה מדבר על זווית הפגיעה של האלומה, ומדוע חשוב לדעת זווית זו.
קרן אור היא גל אלקטרומגנטי מיקרומטר
בפיזיקה, ישנם גלים בעלי אופי שונה: קול, ים, אלקטרומגנטי ועוד כמה אחרים. עם זאת, המונח "קרן" מתייחס רק לגלים אלקטרומגנטיים, שהספקטרום הנראה הוא חלק מהם. המילה "קרן" עצמה יכולה להיות מיוצגת כקו ישר המחבר שתי נקודות במרחב.
ניתן לראות את האור (כגל) כקו ישר, מכיוון שכל גל מרמז על נוכחות של רעידות. התשובה לשאלה זו טמונה בערך אורך הגל. אז, עבור ימיים וקול, האורך נע בין כמה סנטימטרים לעשרות מטרים. כמובן, תנודות כאלה בקושי יכולות להיקרא קרן. אורך הגל של האור הוא פחות ממיקרומטר אחד. העין האנושית אינה מסוגלת להבחין בתנודות כאלה, לכן נראה לנו שכןשאנו רואים קרן ישירה.
למען השלמות, יש לציין שקרן האור נראית רק כשהיא מתחילה להתפזר על חלקיקים קטנים, כמו בחדר מאובק או טיפות ערפל.
היכן חשוב לדעת את הזווית שבה קורה פוגעת במכשול?
תופעות ההשתקפות והשבירה הן ההשפעות האופטיות המפורסמות ביותר שאדם נתקל בהן ממש כל יום כאשר הוא מסתכל על עצמו במראה או שותה כוס תה לאחר שהסתכל על הכפית שבה.
התיאור המתמטי של שבירה והשתקפות דורש ידע על זווית כניסתה של האלומה. לדוגמא, תופעת ההשתקפות מאופיינת בשוויון זווית ההשתקפות והשקפה. אם מתוארים מהצד של תהליך השבירה, זווית השבירה וזווית השבירה קשורות זו לזו באמצעות פונקציות הסינוסים ומדדי השבירה של המדיה (חוק סנל).
הזווית שבה קרן אור נופלת על הממשק בין שני מדיה שקופה משחקת תפקיד חשוב כאשר בוחנים את ההשפעה של השתקפות כוללת פנימית בחומר צפוף יותר מבחינה אופטית. השפעה זו נצפית רק במקרה של זוויות פגיעה שגדולות מערך קריטי כלשהו.
הגדרה גיאומטרית של הזווית הנחשבת
ניתן להניח שיש משטח כלשהו שמפריד בין שתי הסביבות. משטח זה עשוי להיות שטוח, כמו במקרה של מראה, או שהוא עשוי להיות מורכב יותר, כגון פני הים המרוכסים. תארו לעצמכם שעל פני השטח הזה נופלקרן אור. כיצד לקבוע את זווית כניסת האור? לעשות זאת הוא די פשוט. להלן רצף של פעולות שצריך לעשות כדי למצוא את הזווית הרצויה.
- ראשית, עליך לקבוע את נקודת החיתוך של הקרן עם פני השטח.
- דרך O יש לצייר מאונך למשטח הנחשב. זה נקרא לעתים קרובות רגיל.
- זווית הפגיעה של האלומה שווה לזווית בינה לבין הנורמלי. ניתן למדוד אותו באמצעות מד זווית פשוטה.
כפי שאתה יכול לראות, לא קשה למצוא את הזווית הנחשבת. עם זאת, תלמידים טועים לעתים קרובות במדידה בין המטוס לקורה. יש לזכור שזווית הפגיעה נמדדת תמיד מהנורמלי, ללא קשר לצורת המשטח ולתווך שבו הוא מתפשט.
מראות כדוריות, עדשות וקרניים הנופלות עליהן
הכרת המאפיינים של זוויות ההתרחשות של קרניים מסוימות משמשת בבניית תמונות במראות כדוריות ועדשות דקות. כדי לבנות תמונות כאלה, די לדעת איך שתי אלומות שונות מתנהגות באינטראקציה עם המכשירים האופטיים הנ לים. ההצטלבות של קרניים אלו קובעת את מיקומה של נקודת התמונה. במקרה הכללי, תמיד אפשר למצוא שלוש קורות שונות, שהמהלך שלהן ידוע בדיוק (אפשר להשתמש בקורה השלישית כדי לבדוק את נכונות התמונה הבנויה). קרניים אלו נקראות למטה.
- פועל במקביל לציר האופטי הראשי של המכשיר. הוא עובר דרך המוקד לאחר השתקפות או שבירה.
- קרן העוברת דרך מוקד המכשיר. זה תמיד משקףנשבר במקביל לציר הראשי.
- מעבר במרכז האופטי (עבור מראה כדורית זה חופף למרכז הכדור, לעדשה זה בתוכו). אלומה כזו לא משנה את מסלולה.
האיור שלמעלה מציג את הסכמות לבניית תמונות עבור אפשרויות שונות למיקום האובייקט ביחס לעדשות דקות.
