W XVII wieku Pierre de Fermat wysunął postulat, że promień świetlny poruszający się pomiędzy dwoma punktami „wybiera” drogę, której pokonanie zajmie mu najmniej czasu. Tym samym można stwierdzić, iż w typowym, jednorodnym ośrodku droga promienia jest linią prostą stanowiącą odcinek łączący punkty: początkowy i końcowy. Jeśli promień świetlny pochodzący od przedmiotu dociera po tym odcinku do zwierciadła, będącego płaską i wypolerowaną powierzchnią (zakładamy przypadek, w którym pomijamy rozproszenie i absorbcję), ulega odbiciu. Przykładem takiego zwierciadła może być wspomniana we wstępie sklepowa witryna, gładka tafla wody czy szklana płytka pokryta z jednaj strony warstwą metalu.
Korzystając z zasady Fermatazasada Fermatazasady Fermata można wyprowadzić m.in. prawo odbicia. Jeżeli przed zwierciadłem płaskim ustawimy punktowe źródło światła, to promień świetlny (czyli fala elektromagnetyczna) wyemitowany przez to źródło, po dotarciu do granicy ośrodków, ulegnie odbiciu zgodnie z prawem odbicia (Rys. 1.). Kąt padania (między promieniem padającym a normalną do płaszczyzny) będzie równy kątowi odbicia (między normalną a promieniem odbitym). Można to dokładnie zaobserwować na symulacji załączonej do tego materiału.
RU2LCrwSvRVJR
Rys. 1. Rysunek przedstawia pionowy, niebieski odcinek, który symbolizuje zwierciadło płaskie ustawione prostopadle do płaszczyzny rysunku. Z lewej strony zwierciadła, u góry zaznaczono źródło światła przedstawione jako żółte kółeczko. Ze źródła biegnie w prawo i w dół prostoliniowy promień świetlny. W punkcie, gdzie promień dociera do zwierciadła, narysowana jest przerywana linia prosta prostopadła do zwierciadła. Kąt między linią przerywaną a promieniem padającym na zwierciadło opisany jest grecką literą alfa. Po drugiej stronie przerywanej linii prostopadłej do zwierciadła narysowany jest promień odbity, jako półprosta ze strzałką skierowaną w lewo i w dół, o początku w punkcie na zwierciadle, gdzie dotarł promień padający. Kąt między linią przerywaną a promieniem odbitym opisany jest grecką literą alfa. Od źródła światła do zwierciadła poprowadzona jest linia przerywana pozioma pokazująca, jak na zwierciadło pada promień prostopadły do zwierciadła, który odbija się również w kierunku prostopadłym, ale w lewo. Linia ta przedłużona jest za zwierciadło. Podobnie, linia pokazująca promień odbity pod kątem alfa jest przedłużona linią przerywaną za zwierciadło. Na przecięciu obu przedłużonych, przerywanych linii po prawej stronie zwierciadła narysowane jest żółte kółeczko symbolizujące obraz, który powstał w zwierciadle. Znajduje się on w tej samej odległości od zwierciadła, co źródło światła.
Rys. 1. Ilustracja prawa odbicia promienia od zwierciadła płaskiego. Obraz źródła otoczony jest przerywaną linią i znajduje się "po drugiej stronie lustra". Linia przerywana, prostopadła do zwierciadła, tworząca kąt z obydwoma promieniami (padającym i odbitym) nazywana jest normalną.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Intuicyjnie każdy człowiek wie, co zobaczy patrząc w lustro. Pozostaje jednak pytanie jak powstaje obraz? O tym w materiale „Zwierciadło płaskie - powstawanie obrazu”.
Słowniczek
zasada Fermata
zasada Fermata
(ang. Fermat's principle) – prawo wyjaśniające tor ruchu promienia świetlnego; mówi o tym, że promień, poruszając się pomiędzy dwoma punktami, pokona drogę, której przebycie zajmie mu najmniej czasu. Osoby zainteresowane matematyką mogą kojarzyć nazwisko uczonego z Wielkim Twierdzeniem Fermata.
