Spune-ți opinia!

Există un mod simplu de a descrie regulile reflexiei și care aplică în mai multe domenii, nu doar reflexiei. Este denumit „principiul timpului cel mai scurt” sau „principiul lui Fermat”.

Să începem cu deplasarea luminii care nu interacționează cu materia deloc. În vid, o rază de lumină se deplasează în linie dreaptă. Aceasta poate fi reformulată astfel: dintre toate traiectoriile imaginabile pe care lumina le-ar putea urma din punctul P în punctul Q, singura posibilă este cea care ia cel mai puțin timp.

Ce se întâmplă în cazul reflexiei? Dacă lumina urmează să se deplaseze de la un punct la altul, fiind reflectată, cea mai rapidă cale este, într-adevăr, cea cu unghiul de incidență și unghiul de reflexie egale.


    Unghiul de incidență este unghiul dintre raza de lumină incidentă și normala la suprafață în punctul de incidență.
    Unghiul de reflexie este unghiul dintre raza de lumină reflectată și normala la suprafață în punctul de incidență.

Dacă punctul inițial și cel final sunt la distanțe egale de suprafața de reflexie, nu e greu să te convingi de acest adevăr, bazându-te doar pe simetrie.

Există, de asemenea, o demonstrație simplă (imaginea de mai jos) pentru cazul mai general în care punctele sunt la distanțe diferite de suprafața de reflexie.



Deși e frumos că întregul model al luminii ca rază poate fi redus la o regulă simplă, principiul timpului cel mai scurt, poate părea un pic ciudat să vorbești ca și cum raza de lumină este inteligentă, fiind capabilă să-și planifice cu grijă cea mai scurtă traiectorie până la destinație.  Cum poate ști în avans unde merge? Ce s-ar întâmpla dacă am muta oglinda, în timp ce lumina este încă pe drum, deci condițiile nu sunt cele „așteptate”? Răspunsul este acela că principiul timpului cel mai scurt este, în fapt, doar o metodă rapidă pentru a înțelege cum funcționează deplasarea luminii pentru modelul luminii ca rază.

Sunt câteva aspecte subtile ale principiului timpului cel mai scurt. În primul rând, traiectoria nu trebuie să fie cea mai rapidă dintre toate traiectoriile posibile; trebuie doar să fie mai rapidă decât orice traiectorie care diferă doar un pic de ea.

În imaginea de mai sus, de exemplu, lumina poate ajunge de la punctul A la punctul B ori pri reflexie - AQB -, ori mergând pur și simplu de la A la B. Deși AQB nu este cea mai scurtă cale, nu poate fi scurtată prin modificări mici, infinitezimale, cum ar fi prin mutarea lui Q un pic mai la stânga ori mai la dreapta.

Pe de altă parte, traiectoria APB este imposibilă, pentru că e posibil să o îmbunătățești prin deplasarea punctului P un pic spre dreapta.

 



Nu este chiar corect să numit acest principiu ca fiind al celui mai scurt timp. În imaginea de mai sus, de exemplu, cele patru traiectorii posibile pe care o rază de lumină se poate întoarce la centrul imaginii constau din 2 cele mai scurte căi și 2 cele mai lungi căi. Așadar, ar trebui să-i spunem: principiul timpului cel mai scurt ori mai lung, dar majoritatea fizicienilor omit aceste subtilități, presupunând că alți fizicieni înțeleg că atât maximele, cât și minimele sunt posibile.

 

— ••• —
Acest articol este parte din cartea "Fizica conceptuală" de Benjamin Crowell
 

CUPRINS

7.6 Principiul lui Fermat - principiul timpului cel mai scurt


Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Loghează-te ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 



Donează prin PayPal ()


Contact
| T&C | © 2021 Scientia.ro