Луч света (ЕГЭ-ОГЭ)

Луч све́та — воображаемая линия, вдоль которой в геометрической оптике перемещается световая энергия. В однородной среде световые лучи следуют прямолинейным траекториям.

В однородной прозрачной среде свет движется по прямым линиям, называемым световыми лучами. Благодаря этому от непрозрачных предметов образуются тень и полутень. Если перед источником света поместить непрозрачное препятствие, то за ним формируется теневая зона, куда не проникают световые лучи.

• Тень — область пространства, полностью лишённая светового воздействия из‑за непрозрачного препятствия. В этой зоне источник света не виден.
• Полутень — часть пространства, освещённая лишь частично. Возникает при освещении протяжённым источником, когда препятствие закрывает лишь часть излучения. В полутени источник света виден не полностью.

Принцип Гюйгенса — Френеля раскрывает механизм распространения волн, включая световые:

Благодаря этому принципу объясняются явления дифракции и интерференции света, которые выходят за рамки геометрической оптики. При прохождении света через узкие отверстия или вокруг препятствий наблюдается огибание волн — дифракция.

Когда световые лучи сталкиваются с границей раздела двух сред, происходит отражение и преломление.

• Закон отражения:

  Падающий и отражённый лучи располагаются в одной плоскости вместе с перпендикуляром, восстановленным в точке падения.
  Угол отражения равен углу падения: ${\displaystyle \angle i=\angle r}$.

• Закон преломления (Закон Снелла):

  Падающий и преломлённый лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред лежат в одной плоскости.
  При этом отношение синусов углов падения и преломления постоянно для этих сред: ${\displaystyle {\dfrac {\sin i}{\sin r}}=n}$, где n — относительный показатель преломления сред.

Понятие светового луча представляет собой приближение, применимое тогда, когда размеры преград и щелей значительно превышают длину волны света. Если же они сопоставимы с длиной волны, проявляются волновые свойства света, и для описания таких явлений следует использовать методы волновой оптики.

• Оптические приборы: линзы и зеркала применяют свойства световых лучей при формировании изображений в фотоаппаратах, телескопах и других устройствах.
• Геометрическая оптика даёт возможность рассчитывать траектории лучей в оптических системах, что необходимо при их проектировании.
• Теневые эффекты: знание закономерностей распространения световых лучей используется при организации освещения, в киноиндустрии и искусстве для создания требуемых визуальных эффектов.

Луч света представляет собой ключевое понятие геометрической оптики, отражающее прямолинейное распространение света в однородной среде. Оно даёт возможность объяснить ряд оптических явлений, включая образование теней, отражение и преломление. Вместе с тем для всестороннего понимания поведения света в различных условиях необходимо учитывать его волновую природу, особенно при анализе дифракции и интерференции.

• Апенко М. И., Дубовик А. С. Прикладная оптика. — Москва : Наука, 1982.
• Бутиков Е. И. Оптика : учебное пособие для вузов. — СПб. : БХВ-Петербург : Невский ДиалектЪ, 2003.
• Заказнов Н. П., Кирюшин С. И., Кузичев В. И. Теория оптических систем : учебное пособие для студентов вузов. — СПб., : Лань, 2008.
• Запрягаева Л. А. Прикладная оптика. Ч. 1. Введение в теорию оптических систем. — Москва : Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъёмки и картографии, 2017.
• Ландсберг Г. С. Оптика : учебное пособие для вузов. — Москва : Физматлит, 2003.
• Михеенко А. В. Геометрическая оптика : учебное пособие. — Хабаровск : Издательство Тихоокеанского государственного университета, 2018.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 4. Оптика. — Москва : Физматлит, 2014.