Пътят на лъча

Лъчът е права линия

В симулацията светлината е тънък лъч, който върви по права линия, докато срещне предмет. При всяка среща има просто правило: огледалото отразява, светоделителят дели, филтърът отнема цветове, а стъклото пречупва.

Огледало: законът за отражението

Ъгълът на падане е равен на ъгъла на отражение. И двата се мерят от нормалата – правата, перпендикулярна на огледалото в точката на удара, а не от самото огледало.

Огледало под 45° спрямо лъча го завива точно на 90°: ъгълът на падане е 45° и ъгълът на отражение е 45°. Две такива огледала правят перископ.

Двойният ъгъл. Ако завъртиш огледалото на 10°, отразеният лъч се завърта на 20°, а не на 10°. Затова уредите с огледалце „усилват“ малките завъртания: петното на стената се мести двойно.

Светоделител: светлината не се умножава

Светоделителят е полупрозрачна пластинка. Половината светлина минава направо, а другата половина се отразява: 0,5 + 0,5 = 1. Получаваш два лъча, но не двойно повече светлина. След два светоделителя по пътя остава 0,25, след три – 0,125.

Цветове: светлините се събират

• червено + зелено = жълто;
• зелено + синьо = синьозелено, червено + синьо = пурпурно;
• червено + зелено + синьо = бяло.

Така окото вижда смес от светлини – така светят и пикселите на екрана. Боите се смесват по други правила: те поглъщат светлина, затова смесени дават тъмен цвят.

Филтърът само отнема. Червеният филтър пропуска червеното и спира другите цветове. Бяла светлина през него излиза червена, но зелен лазер през него не дава нищо: филтърът не може да добави цвят, който лъчът няма. Жълт филтър и синьозелен филтър един след друг пропускат само общото – зеленото.

Стъкло: пречупване и пълно вътрешно отражение

На границата между въздух и стъкло лъчът се пречупва – сменя посоката си. Колко, показва показателят на пречупване n на стъклото (за обикновено стъкло около 1,5).

Когато лъчът е вътре в стъклото и удари стената му под ъгъл, по-голям от граничния ъгъл (около 41° за обикновено стъкло), той изобщо не излиза: цялата светлина се отразява обратно. Това е пълно вътрешно отражение. Така правоъгълна стъклена призма работи като огледало без сребърно покритие – така работят призмите в биноклите.

Призма: дисперсия

Стъклото пречупва синята светлина по-силно от червената. Затова призмата разделя бялата светлина на цветове: синьото е отклонено най-много, червеното – най-малко. В симулацията бялата светлина е събрана от три цвята, затова излизат три лъча.

Призмата не създава цветове. Червен лазер през нея дава един червен лъч – отклонен, но все така червен. Нютон показал същото: един цвят през втора призма не се разделя повече.

Изненада. Завъртай бавно призмата, така че лъчът да пада по-полегато. Синият лъч изчезва пръв, после зеленият: на втората стена синьото първо стига граничния си ъгъл и се отразява изцяло.

Какво е опростено

• Огледалата и светоделителите са идеални: без загуби.
• Стъклото пропуска всичко: в действителност всяка стъклена повърхност отразява около 4 % – затова виждаш отражението си в прозореца.
• Лъчът се вижда отстрани. В чист въздух лазерният лъч почти не се вижда – само петното. Вижда се в мъгла или дим, защото те разсейват светлината към окото.
• Прагът 0,2, над който мишената светва, е правило на играта, а не закон.

Безопасност с лазери

• Никога не насочвай лазер към очите – на човек, на животно или към своите.
• Огледалото връща лъча почти цял: при опит с огледала лъчът може да отскочи към някого. Дръж го на масата, под нивото на очите.
• Само слаби показалки и само с учител. Никога към самолети, коли и хора на улицата.
• Безопасна замяна за клас: фенерче с тесен сноп, огледалца и цветно фолио.