inlärningsmål
i slutet av detta avsnitt kommer du att kunna:
- lista hur ljuset färdas från en källa till en annan plats.
det finns tre sätt på vilka ljus kan resa från en källa till en annan plats. (Se Figur 1.) Det kan komma direkt från källan genom tomt utrymme, till exempel från solen till jorden. Eller ljus kan resa genom olika medier, såsom luft och glas, till personen. Ljus kan också komma efter att ha reflekterats, till exempel av en spegel. I alla dessa fall modelleras ljus som att resa i raka linjer som kallas strålar. Ljus kan ändra riktning när det möter föremål (som en spegel) eller passerar från ett material till ett annat (som att passera från luft till glas), men det fortsätter sedan i en rak linje eller som en stråle. Ordet ray kommer från matematik och här betyder en rak linje som härstammar någon gång. Det är acceptabelt att visualisera ljusstrålar som laserstrålar (eller till och med science fiction-skildringar av strålpistoler).
Ray
ordet ”ray” kommer från matematik och här betyder en rak linje som härstammar någon gång.
Figur 1. Tre metoder för ljus att resa från en källa till en annan plats. (a) ljus når den övre atmosfären på jorden som reser genom tomt utrymme direkt från källan. (B) ljus kan nå en person på ett av två sätt. Det kan resa genom media som luft och glas. Det kan också reflektera från ett objekt som en spegel. I de situationer som visas här interagerar ljus med föremål som är tillräckligt stora för att det rör sig i raka linjer, som en stråle.
experiment, liksom våra egna erfarenheter, visar att när ljus interagerar med objekt flera gånger så stora som dess våglängd, färdas det i raka linjer och fungerar som en stråle. Dess vågegenskaper uttalas inte i sådana situationer. Eftersom ljusets våglängd är mindre än en mikron (en tusendels millimeter) fungerar den som en stråle i de många vanliga situationer där den möter föremål som är större än en mikron. Till exempel, när ljus möter allt vi kan observera med blotta ögon, som en spegel, fungerar det som en stråle, med endast subtila vågegenskaper. Vi kommer att koncentrera oss på strålens egenskaper i detta kapitel.
eftersom ljuset rör sig i raka linjer, ändrar riktningar när det interagerar med material, beskrivs det med geometri och enkel trigonometri. Denna del av optiken, där ljusstråleaspekten dominerar, kallas därför geometrisk optik. Det finns två lagar som styr hur ljus ändrar riktning när det interagerar med materia. Dessa är lagen om reflektion, för situationer där ljus studsar av materia, och brytningslagen, för situationer där ljus passerar genom materia.
geometrisk optik
den del av optiken som behandlar ljusets strålaspekt kallas geometrisk optik.
avsnitt sammanfattning
en rak linje som härstammar någon gång kallas en stråle.
den del av optiken som handlar om ljusets strålaspekt kallas geometrisk optik.
ljus kan färdas på tre sätt från en källa till en annan plats: (1) direkt från källan genom tomt utrymme; (2) genom olika medier; (3) Efter att ha reflekterats från en spegel.
problem & övningar
Antag att en man står framför en spegel som visas i Figur 2. Hans ögon är 1,65 m över golvet och toppen av huvudet är 0,13 m högre. Hitta höjden ovanför golvet på toppen och botten av den minsta spegeln där han kan se både toppen av huvudet och fötterna. Hur är detta avstånd relaterat till människans höjd?
Figur 2. En man som står framför en spegel på en vägg på ett avstånd av flera meter. Spegelns topp är i ögonhöjd, men botten är bara midja hög. Pilar illustrerar hur mannen kan se sin reflektion från topp till tå i spegeln.
ordlista
ray: rak linje som har sitt ursprung vid någon tidpunkt
geometrisk optik: del av optiken som behandlar strålaspekten av ljus
lösning på problem & övningar
topp 1.715 m från golvet, botten 0.825 m från golvet. Spegelns höjd är 0,890 m, eller exakt hälften av personens höjd.