Přímočaré šíření světla, princip nezávislosti chodu paprsků, zákon odrazu a lomu umožňuje studovat zobrazování optickými soustavami, aniž přihlížíme k vlnové povaze světla. V této kapitole si zopakujeme zákon odrazu a lomu.
Jestliže dochází k interakci světla s prostředím, mohou nastat tyto případy:
-
Absorpce světla (pohlcování světla). Prostředí, na které dopadá světlo, část záření pohlcuje, což znamená, že se světelná energie mění na jiné formy energie prostředí. Tímto jevem se v této části zabývat nebudeme, je to problém vlnové optiky.
-
Odraz světla (světlo se vrací do původního prostředí).
-
Lom světla (světlo prostředím prochází).
V mnohých případech dochází ke všem třem jevům zároveň (dopad světla na vodní hladinu, dopad světla na sklo).
My budeme zatím pojednávat o každém jevu zvlášť.
Odraz světla
Věci kolem sebe vidíme, protože do oka nám přicházejí paprsky, které se od nich odráží.
Paprsky se odráží podle zákona, který znáte také z učiva o vlnění.
Zákon odrazu:
Paprsek dopadající a odražený leží v jedné rovině, která je určena dopadajícím paprskem a kolmicí dopadu. Úhel odrazu se rovná úhlu dopadu (α‘ = α).
Úhel dopadu i odrazu se měří vždy od kolmice dopadu!
Obr. 1: Zákon odrazu
Odrazu světla od předmětů se používá při zobrazování pomocí zrcadel. Na následující fotografii je ukázka zobrazení vypuklým zrcadlem:
Obr. 2: Zobrazení vypuklým zrcadlem
Zrcadla musí mít odraznou plochu dobře vyleštěnou, aby se rovnoběžné paprsky odrážely rovnoběžně – pravidelný odraz:
Obr. 3: Pravidelný odraz
Pokud není plocha dostatečně rovná, dochází k difúznímu odrazu, jak je naznačeno na následujícím obrázku.
Obr. 4: Difúzní odraz
K přesnému zobrazení se také nepoužívají zrcadla krytá sklem, protože k odrazu dochází i na přední straně skla a obraz je dvojitý.
Za předměty, kam světlo nedopadá, vzniká stín. V důsledku stínu dochází k zatmění Měsíce a Slunce:
http://cs.wikipedia.org/wiki/Zatm%C4%9Bn%C3%AD_M%C4%9Bs%C3%ADce http://cs.wikipedia.org/wiki/Zatm%C4%9Bn%C3%AD_Slunce
Lom světla
Tyč do vody ponořená, jeví se nám nalomená:
Obr. 5: Lom světla
Proč se brilianty krásně lesknou?
Proč ryby v potoce vidíme na jiném místě, než skutečně jsou?
Proč se asfaltová silnice za horkého dne v dálce leskne jako zrcadlo, a pokud přijedeme k tomuto místu blíže, už je tmavá?
Tyto jevy spočívají v lomu světla. Jestliže paprsek dopadá na rozhraní dvou prostředí, které je pro světlo propustné, potom se paprsek tímto prostředím šíří pod jiným úhlem než dopadl (s výjimkou, jestliže dopadá pod úhlem 0⁰). Pro dopadající a lomený paprsek platí zákon lomu.
Zákon lomu:
Paprsek dopadající a lomený leží v jedné rovině, která je určena dopadajícím paprskem a kolmicí dopadu. Poměr sinů úhlu dopadu a lomu je roven poměru rychlostí šíření světla v daných prostředích.
Pro index lomu platí:
c – rychlost šíření světla ve vakuu
v – rychlost šíření světla v daném prostředí
Zákon lomu je možné matematicky zapsat ve tvaru:
– index lomu prostředí, ze kterého paprsek dopadá
α – úhel dopadu
– index lomu prostředí, kterým světlo prochází
β – úhel lomu
Tento zákon se podle svého objevitele nazývá Snellův zákon lomu.
Úhel dopadu a lomu se měří od kolmice dopadu.
Lom ke kolmici
Při lomu světla může nastat situace, že světlo přechází z prostředí, v němž se šíří větší rychlostí, do prostředí, v němž se šíří menší rychlostí. Potom mluvíme o lomu ke kolmici, např. když světlo přechází ze vzduchu do vody. Prostředí, v němž se světlo šíří větší rychlostí než v jiném prostředí, se nazývá opticky řidší, v opačném případě říkáme, že je opticky hustší. Z hlediska indexu lomu to znamená, že opticky řidší prostředí má menší index lomu. Index lomu vzduchu je n ≐ 1, index lomu vody n ≐ 1,3. Vzduch je tedy opticky řidší než voda a v tomto případě dochází k lomu ke kolmici. Stručně řečeno, k lomu ke kolmici dochází, přechází-li paprsek z prostředí opticky řidšího do prostředí opticky hustšího. Úhel lomu je v tomto případě vždy menší, než je úhel dopadu.
Obr. 6: Lom ke kolmici
α – úhel dopadu, β – úhel lomu
Lom od kolmice
Přechází-li paprsek z prostředí opticky hustšího do řidšího, např. přechází-li paprsek z vody do vzduchu, potom je úhel lomu větší než úhel dopadu a mluvíme o lomu od kolmice.
Obr. 7: Lom od kolmice
α – úhel dopadu, β – úhel lomu
Právě lom od kolmice způsobuje, že tyč, kterou vložíme do vody, se nám jeví nalomená, protože paprsky odražené od tyče ve vodě přecházejí z vody do vzduchu a do oka nám přicházejí ty, které se lámou od kolmice.
