Jedes Schulkind weiß, dass sich Licht in einem homogenen transparenten Medium auf einer geraden Bahn bewegt. Diese Tatsache erlaubt es uns, viele optische Phänomene im Rahmen des Konzepts eines Lichtstrahls zu betrachten. In diesem Artikel geht es um den Einfallswinkel des Strahls und warum es wichtig ist, diesen Winkel zu kennen.
Ein Lichtstrahl ist eine elektromagnetische Welle im Mikrometerbereich
In der Physik gibt es Wellen verschiedener Art: Schall, Meer, elektromagnetische und einige andere. Der Begriff "Strahl" bezieht sich jedoch nur auf elektromagnetische Wellen, zu denen das sichtbare Spektrum gehört. Das Wort "Strahl" selbst kann als gerade Linie dargestellt werden, die zwei Punkte im Raum verbindet.
Licht (als Welle) kann als gerade Linie gesehen werden, da jede Welle das Vorhandensein von Schwingungen impliziert. Die Antwort auf diese Frage liegt im Wert der Wellenlänge. Für Marine und Ton reicht die Länge also von einigen Zentimetern bis zu mehreren zehn Metern. Natürlich können solche Schwingungen kaum als Balken bezeichnet werden. Die Wellenlänge des Lichts beträgt weniger als einen Mikrometer. Das menschliche Auge ist nicht in der Lage, solche Vibrationen zu unterscheiden, daher scheint es uns sodass wir einen direkten Strahl sehen.
Der Vollständigkeit halber sei angemerkt, dass der Lichtstrahl erst dann sichtbar wird, wenn er an kleinen Partikeln zu streuen beginnt, wie z. B. in einem staubigen Raum oder Nebeltröpfchen.
Wo ist es wichtig zu wissen, in welchem Winkel der Strahl auf das Hindernis trifft?
Die Phänomene der Reflexion und Brechung sind die bekanntesten optischen Effekte, denen ein Mensch buchstäblich jeden Tag begegnet, wenn er sich im Spiegel betrachtet oder ein Glas Tee trinkt, nachdem er den Löffel darin betrachtet hat.
Die mathematische Beschreibung von Brechung und Reflexion erfordert die Kenntnis des Einfallswinkels des Strahls. Beispielsweise ist das Phänomen der Reflexion durch die Gleichheit von Reflexions- und Einfallswinkel gekennzeichnet. Von der Seite des Brechungsprozesses her beschrieben, hängen Einfallswinkel und Brechungswinkel über die Sinusfunktionen und die Brechungsindizes der Medien zusammen (Snellius'sches Gesetz).
Der Winkel, in dem ein Lichtstrahl auf die Grenzfläche zwischen zwei transparenten Medien fällt, spielt eine wichtige Rolle, wenn man den Effekt der inneren Totalreflexion in einem optisch dichteren Material betrachtet. Dieser Effekt wird nur bei Einfallswinkeln beobachtet, die größer als ein bestimmter kritischer Wert sind.
Geometrische Definition des betrachteten Winkels
Es kann davon ausgegangen werden, dass es eine Oberfläche gibt, die die beiden Umgebungen trennt. Diese Oberfläche kann flach sein, wie im Fall eines Spiegels, oder sie kann komplexer sein, wie die zerklüftete Meeresoberfläche. Stellen Sie sich vor, dass auf diese Oberfläche fälltLichtstrahl. Wie bestimmt man den Einfallswinkel des Lichts? Dies ist ganz einfach. Das Folgende ist eine Abfolge von Aktionen, die durchgeführt werden sollten, um den gewünschten Winkel zu finden.
- Zuerst müssen Sie den Schnittpunkt des Strahls mit der Oberfläche bestimmen.
- Durch O soll man eine Senkrechte auf die betrachtete Fläche ziehen. Es wird oft als normal bezeichnet.
- Der Einfallswinkel des Strahls ist gleich dem Winkel zwischen ihm und der Normalen. Er kann mit einem einfachen Winkelmesser gemessen werden.
Wie Sie sehen können, ist es nicht schwierig, den betrachteten Winkel zu finden. Schüler machen jedoch oft den Fehler, sie zwischen Ebene und Träger zu messen. Dabei ist zu beachten, dass der Einfallswinkel immer von der Normalen aus gemessen wird, unabhängig von der Form der Oberfläche und dem Medium, in dem er sich ausbreitet.
Sphärische Spiegel, Linsen und darauf fallende Strahlen
Das Wissen um die Eigenschaften der Einfallswinkel bestimmter Strahlen wird bei der Konstruktion von Bildern in sphärischen Spiegeln und dünnen Linsen verwendet. Um solche Bilder aufzubauen, reicht es aus zu wissen, wie sich zwei verschiedene Strahlen verh alten, wenn sie mit den genannten optischen Geräten interagieren. Der Schnittpunkt dieser Strahlen bestimmt die Position des Bildpunktes. Im allgemeinen Fall findet man immer drei verschiedene Strahlen, deren Verlauf genau bekannt ist (der dritte Strahl kann zur Überprüfung der Korrektheit des konstruierten Bildes verwendet werden). Diese Strahlen sind unten benannt.
- Parallel zur optischen Hauptachse des Gerätes verlaufend. Es geht nach Reflexion oder Brechung durch den Fokus.
- Ein Strahl, der durch den Fokus des Geräts geht. Es spiegelt sich immer wiederparallel zur Hauptachse gebrochen.
- Durch das optische Zentrum gehen (bei einem sphärischen Spiegel fällt es mit dem Mittelpunkt der Kugel zusammen, bei einer Linse liegt es darin). Ein solcher Strahl ändert seine Flugbahn nicht.
Die obige Abbildung zeigt die Schemata zum Konstruieren von Bildern für verschiedene Optionen für die Position des Objekts relativ zu dünnen Linsen.
