3.6.1 Прямолинейное распространение света в однородной среде. Луч света

Видеоурок: Распространение света

Лекция: Прямолинейное распространение света в однородной среде. Луч света

Световой луч

Мы приступаем к новому разделу физики, который изучает оптические явления. Нами будут изучены два основных раздела оптики - геометрическая и волновая оптика. Геометрическая оптика изучает направление распространения света, а волновая объясняет свойства и природу возникновения света.

При изучении оптических законов мы подразумеваем волны, имеющие видимый свет, находящийся в диапазоне от 380 нм до 780 нм.

Во время изучения распространения света мы имеем право использовать все приобретенные знания из термодинамики, поскольку поведение световых лучей ничем не отличаются от радиоволн, ультрафиолетового излучения, а также других - данное предположение было предложено Максвеллом.  То есть данный раздел является частью общего раздела термодинамики.

Благодаря тому, что свет постоянно окружает нас, его изучение было начато задолго до рассмотрения законов электродинамики. Поэтому можно сказать, что оптика является одним из самых древних разделов физики. 

Данное понятие объясняет некоторую линию, перпендикулярную распространению волнового фронта. Световой луч имеет то же направление, что и распространение света.

Оптические законы

В основе геометрической оптики лежит несколько основных законов. Эти законы были выведены в результате огромного количества опытов. В результате основания данных законов использовались знания из геометрии, то происходило изучение распространения лучей, но не природы их появления.

При изучении геометрической оптики принято рассматривать те волны, чья длина намного меньше размеров источника света, то есть стремиться к нулю. Изучение таких аналогичных явлений не имело никаких камней преткновения, поскольку чаще всего мы встречаем все источники света, которые имеют достаточно большие размеры.

1. Закон независимых световых лучей. Данный закон говорит о том, что отдельные лучи, пересекающиеся в некоторой точке, не влияют на параметры движения других. То есть при рассмотрении каждого отдельного луча в пучке, изучают такое его движение, которое было бы при отсутствии других лучей.

2. Закон прямолинейного движения световых пучков. Если свет распространяется в однородной среде, то траекторией его движения является прямая линия. Если используется термин "однородная среда", то предполагается, что её свойства неизменны ни в одной из произвольно взятых точек. К таким средам можно отнести хорошо нагретый воздух, стекло без примесей, дистиллированную воду, а также многие другие среды, обладающие чистой и одинаково плотной средой.

Именно данный закон дает понять, что при рассмотрении луча в однородной среде, его можно принимать за аналогичное понятие в геометрии. Подтвердить справедливость данного закона можно на опыте в домашних условиях. Для этого следует занавесить окно плотной темной тканью и сделать в ней небольшое отверстие. Сквозь него будет проходить идеально ровный луч.

Кроме перечисленных законов, геометрическая оптика основывается на законах отражения и преломления, однако, о них мы поговорим в следующих разделах. Данный законы объясняют, что будет происходить с лучом, который переходит из одной среды в другую, обладающую иной плотностью. Именно благодаря различной плотности сред происходит отражение от зеркальной поверхности, появление миражей и других природных оптических иллюзий.

Тень

Сейчас мы с Вами рассмотрим такое распространенное явление, как тень. Однако данное рассмотрение будет основано на законах геометрической оптики, а также самой геометрии. Все мы знаем, что в зависимости от формы, размера предмета, а также от дальности и угла расположения света, тень может принимать различные формы и размеры.

Почему появляется тень? Причиной появления тени является то, что лучи, на ход которых не влияет различная плотность среды, распространяются прямолинейно, а те, что сталкиваются с преградой, не проникают сквозь плотный материал.