oppimistavoitteet
tämän osion loppuun mennessä voit:
- Luettele tapoja, joilla valo kulkee lähteestä toiseen paikkaan.
on kolme tapaa, joilla valo voi kulkea lähteestä toiseen paikkaan. (KS. Kuva 1.) Se voi tulla suoraan lähteestä tyhjän avaruuden kautta, esimerkiksi auringosta maahan. Tai valo voi kulkeutua ihmiseen erilaisten väliaineiden, kuten ilman ja lasin, kautta. Valoa voi tulla myös sen jälkeen, kun se on heijastunut esimerkiksi peilin kautta. Kaikissa näissä tapauksissa valo mallinnetaan kulkemaan suorina viivoina, joita kutsutaan säteiksi. Valo voi muuttaa suuntaa kohdatessaan esineitä (kuten peilin) tai kulkiessaan aineesta toiseen (esimerkiksi kulkiessaan ilmasta lasiin), mutta se jatkuu sitten suorana tai säteenä. Sana ray tulee matematiikasta ja tarkoittaa tässä suoraa, joka on peräisin jossain vaiheessa. On hyväksyttävää visualisoida valonsäteitä lasersäteinä (tai jopa tieteiskuvauksia sädeaseista).
Ray
sana ” ray ” tulee matematiikasta ja tarkoittaa tässä jossain vaiheessa alkavaa suoraa.
Kuva 1. Kolme tapaa, joilla valo kulkee lähteestä toiseen paikkaan. a) valo saavuttaa maan yläilmakehän kulkien tyhjän avaruuden läpi suoraan lähteestä. B) valo voi tavoittaa ihmisen kahdella tavalla. Se voi kulkea median, kuten ilman ja lasin, läpi. Se voi myös heijastua esineestä kuten peilistä. Tässä esitetyissä tilanteissa valo vuorovaikuttaa niin suurten kohteiden kanssa, että se kulkee suorina viivoina kuin säde.
kokeet sekä omat kokemuksemme osoittavat, että kun valo vuorovaikuttaa useita kertoja aallonpituuttaan suurempien kappaleiden kanssa, se kulkee suorina viivoina ja toimii kuin säde. Sen aalto-ominaisuudet eivät lausu tällaisissa tilanteissa. Koska valon aallonpituus on alle mikronin (millimetrin tuhannesosa), se toimii kuin säde monissa yleisissä tilanteissa, joissa se kohtaa mikronia suurempia kappaleita. Esimerkiksi kun valo kohtaa mitä tahansa, mitä voimme havaita paljain silmin, kuten peilin, se toimii kuin säde, jolla on vain hienovaraisia aaltoominaisuuksia. Keskitymme ray ominaisuudet tässä luvussa.
koska valo liikkuu suorissa viivoissa ja muuttaa suuntaansa ollessaan vuorovaikutuksessa materiaalien kanssa, sitä kuvataan geometrialla ja yksinkertaisella trigonometrialla. Tätä Optiikan osaa, jossa valon säteaspekti hallitsee, kutsutaan siksi geometriseksi optiikaksi. On kaksi lakia, jotka säätelevät, miten valo muuttaa suuntaa, kun se on vuorovaikutuksessa aineen kanssa. Nämä ovat heijastuksen laki tilanteissa, joissa valo kimpoaa aineesta, ja taittumisen laki tilanteissa, joissa valo kulkee aineen läpi.
Geometrinen Optiikka
valon säteaspektia käsittelevää Optiikan osaa kutsutaan geometriseksi optiikaksi.
Sektion Yhteenveto
jossain vaiheessa alkavaa suoraa kutsutaan säteeksi.
valon säteaspektia käsittelevää Optiikan osaa kutsutaan geometriseksi optiikaksi.
valo voi kulkea kolmella tavalla lähteestä toiseen paikkaan: 1) suoraan lähteestä tyhjän tilan kautta, 2) erilaisten väliaineiden kautta, 3) peilistä heijastumisen jälkeen.
ongelmat & harjoitukset
Oletetaan, että mies seisoo peilin edessä kuten kuvassa 2. Sen silmät ovat 1,65 metriä lattiaa korkeammalla ja päälaella 0,13 metriä korkeammalla. Etsi korkeus lattian yläpuolella ylä-ja alareunassa pienin peili, jossa hän voi nähdä sekä yläosan hänen päänsä ja hänen jalkansa. Miten tämä etäisyys liittyy miehen pituuteen?
kuva 2. Mies seisoo peilin edessä seinällä useiden metrien etäisyydellä. Peilin yläosa on silmien korkeudella,mutta sen alaosa on vain vyötärön korkeudella. Nuolet havainnollistavat, miten mies voi nähdä peilistä heijastuksensa päästä varpaisiin.
Sanasto
ray: suora viiva, joka on peräisin jostakin kohdasta
geometrinen optiikka: osa optiikkaa, joka käsittelee valon säteaspektia
ongelmien ratkaisu & harjoitukset
ylin 1,715 m lattiasta, alin 0,825 m lattiasta. Peilin korkeus on 0,890 m eli tasan puolet henkilön korkeudesta.