Optika gjeometrike është një degë e veçantë e optikës fizike, e cila nuk merret me natyrën e dritës, por studion ligjet e lëvizjes së rrezeve të dritës në media transparente. Le t'i hedhim një vështrim më të afërt këtyre ligjeve në artikull dhe gjithashtu të japim shembuj të përdorimit të tyre në praktikë.
Përhapja e rrezeve në hapësirën homogjene: veti të rëndësishme
Të gjithë e dinë se drita është një valë elektromagnetike, e cila për disa dukuri natyrore mund të sillet si një rrymë kuantesh energjie (dukuri e efektit fotoelektrik dhe presionit të dritës). Optika gjeometrike, siç u përmend në hyrje, merret vetëm me ligjet e përhapjes së dritës, pa u thelluar në natyrën e tyre.
Nëse rrezja lëviz në një mjedis homogjen transparent ose në vakum dhe nuk has në asnjë pengesë në rrugën e saj, atëherë rrezja e dritës do të lëvizë në vijë të drejtë. Kjo veçori çoi në formulimin e parimit të kohës më të vogël (parimi i Fermatit) nga francezi Pierre Fermat në mesin e shekullit të 17-të.
Një tipar tjetër i rëndësishëm i rrezeve të dritës është pavarësia e tyre. Kjo do të thotë se çdo rreze përhapet në hapësirë pa "ndjerë"një rreze tjetër pa ndërvepruar me të.
Më në fund, vetia e tretë e dritës është ndryshimi në shpejtësinë e përhapjes së saj kur lëviz nga një material transparent në tjetrin.
3 vetitë e shënuara të rrezeve të dritës përdoren në nxjerrjen e ligjeve të reflektimit dhe përthyerjes.
Fenomeni reflektimi
Ky fenomen fizik ndodh kur një rreze drite godet një pengesë të errët shumë më të madhe se gjatësia e valës së dritës. Fakti i reflektimit është një ndryshim i mprehtë në trajektoren e rrezes në të njëjtin medium.
Supozojmë se një rreze e hollë drite bie mbi një rrafsh të errët në një kënd θ1 në normalen N e tërhequr në këtë plan përmes pikës ku rrezja e godet atë. Pastaj rrezja reflektohet në një kënd të caktuar θ2 në të njëjtin N normal. Dukuria e reflektimit i bindet dy ligjeve kryesore:
- Rrezja e reflektuar e incidentit dhe normalja N shtrihen në të njëjtin plan.
- Këndi i reflektimit dhe këndi i incidencës së një rreze drite janë gjithmonë të barabarta (θ1=θ2).
Zbatimi i fenomenit të reflektimit në optikën gjeometrike
Ligjet e reflektimit të një rreze drite përdoren kur ndërtohen imazhe të objekteve (reale ose imagjinare) në pasqyra të gjeometrive të ndryshme. Gjeometritë më të zakonshme të pasqyrës janë:
- pasqyrë e sheshtë;
- konkave;
- konveks.
Është mjaft e lehtë të ndërtosh një imazh në cilindo prej tyre. Në një pasqyrë të sheshtë, ajo gjithmonë rezulton të jetë imagjinare, ka të njëjtën madhësi si vetë objekti, është e drejtpërdrejtë, në tëana e majtë dhe e djathtë janë të kundërta.
Imazhet në pasqyrat konkave dhe konvekse ndërtohen duke përdorur disa rreze (paralele me boshtin optik, duke kaluar përmes fokusit dhe përmes qendrës). Lloji i tyre varet nga distanca e objektit nga pasqyra. Figura më poshtë tregon se si të ndërtoni imazhe në pasqyra konvekse dhe konkave.
Fenomeni i përthyerjes
Konsiston në një thyerje (përthyerje) të rrezes kur ajo kalon kufirin e dy mediave të ndryshme transparente (për shembull, uji dhe ajri) në një kënd me sipërfaqen që nuk është i barabartë me 90 o.
Përshkrimi modern matematik i këtij fenomeni është bërë nga holandezi Snell dhe francezi Descartes në fillim të shekullit të 17-të. Duke treguar këndet θ1 dhe θ3 për rrezet rënëse dhe të përthyera në lidhje me normalen N në plan, ne shkruajmë një shprehje matematikore për fenomeni i përthyerjes:
1sin(θ1)=n2sin(θ 3).
Sasia n2dhe n1 janë indekset e thyerjes së mediave 2 dhe 1. Ato tregojnë se sa është shpejtësia e dritës në medium ndryshon nga ai në hapësirën pa ajër. Për shembull, për ujin n=1,33, dhe për ajrin - 1,00029. Duhet të dini se vlera e n është një funksion i frekuencës së dritës (n është më e madhe për frekuencat më të larta sesa për ato më të ulëta).
Zbatimi i dukurisë së përthyerjes në optikën gjeometrike
Fenomeni i përshkruar përdoret për të ndërtuar imazhe nëlente të holla. Thjerrëza është një objekt i bërë nga një material transparent (xhami, plastika, etj.) që kufizohet nga dy sipërfaqe, të paktën njëra prej të cilave ka lakim jo zero. Ekzistojnë dy lloje lentesh:
- mbledhje;
- shpërndarje.
Tentrat konvergjente formohen nga një sipërfaqe konvekse sferike (sferike). Përthyerja e rrezeve të dritës në to ndodh në atë mënyrë që ata mbledhin të gjitha rrezet paralele në një pikë - fokusin. Sipërfaqet shpërndarëse formohen nga sipërfaqe transparente konkave, kështu që pas kalimit të rrezeve paralele nëpër to, drita shpërndahet.
Ndërtimi i imazheve në lente në teknikën e tij është i ngjashëm me ndërtimin e imazheve në pasqyra sferike. Është gjithashtu e nevojshme të përdoren disa rreze (paralele me boshtin optik, duke kaluar përmes fokusit dhe përmes qendrës optike të thjerrëzës). Natyra e imazheve të marra përcaktohet nga lloji i lenteve dhe distanca e objektit me të. Figura më poshtë tregon teknikën për marrjen e imazheve të një objekti me lente të holla për raste të ndryshme.
Pajisjet që funksionojnë sipas ligjeve të optikës gjeometrike
Më e thjeshta prej tyre është një xham zmadhues. Është një lente e vetme konvekse që zmadhon objektet reale deri në 5 herë.
Një pajisje më e sofistikuar, e cila përdoret gjithashtu për të zmadhuar objektet, është një mikroskop. Ai tashmë përbëhet nga një sistem lentesh (të paktën 2 lente konvergjente) dhe ju lejon të merrni një rritje nëdisa qindra herë.
Më në fund, instrumenti i tretë optik i rëndësishëm është një teleskop që përdoret për të vëzhguar trupat qiellorë. Mund të përbëhet nga një sistem lentesh, atëherë quhet një teleskop thyes, dhe një sistem pasqyre - një teleskop reflektues. Këta emra pasqyrojnë parimin e punës së tij (përthyerje ose reflektim).
