Osnovni zakoni optike

Postoje četiri osnovna zakona optike.

Ta četiri zakona empirijski su zakoni; do njih se došlo iskustvom, opažanjem i nisu potpuno precizni u nekoliko posebnih situacija. Ovi zakoni temelj su geometrijske optike, postoji i fizikalna optika koja se bavi samom suštinom svjetla.

Prvi od osnovnih zakona geometrijske optike je zakon pravocrtnog širenja svjetlosti. On glasi: u optički homogenom sredstvu zraka svjetlosti širi se po pravcu. Iako su podrobnija istraživanja pokazala da taj zakon nije u potpunosti točan, on zadovoljava za svakodnevnu upotrebu i matematička objašnjenja pojava u optičkim sustavima. Poznavajući ovaj zakon možemo konstruirati jednostavne "klopke za svjetlo". Kako svjetlo ne može skrenuti iza ugla dovoljan je već "L" profil da zaustavi njegov neželjeni prodor. Ulazi velikih industrijskih tamnih komora, u kojima proizvode foto materijal, najčešće su izvedeni u obliku slova "Z" kako se ne bi probilo neželjeno svjetlo. Ventilacijski otvori za tamne komore imaju jedan ili više kutova itd. Pogledajte kako izgledaju rubovi vratašca na vašem foto aparatu na film. Najvjerojatnije koriste isti princip. Pravocrtno širenje svjetlosti ipak je najočitije kod osvjetljavanja. Svi znamo da ako ispred svjetlosnog snopa postavimo neku prepreku, stvaramo sjenu. To je stoga jer svjetlo ne može zaobići prepreku te ne prodire iza nje.

Drugi osnovni zakon optike govori o međusobnom utjecaju zraka svjetlosti. On glasi: ako jedan snop zraka svjetlosti prolazi kroz drugi snop, jedan na drugog ne utječu.

Treći osnovni zakon optike govori o refleksiji svjetla. On glasi: ako zraka svjetlosti upada na neku reflektirajuću plohu, kut upada jednak je kutu odraza, a upadna i reflektirajuća zraka u istoj su ravnini. Taj nam je zakon očit i vrlo jasan jer se s njim susrećemo svaki dan gledajući se u zrcalo.

Četvrti osnovni zakon optike je zakon refrakcije ili loma svjetlosti. Za njega su znali Aristotel i Ptolemej, a suvremeni oblik neovisno su mu dali Snellius i Descartes. On glasi: zraka svjetlosti koja upada pod nekim kutom na granicu prozirnog sredstva lomi se. Upadajuća i lomljena zraka leže u istoj ravnini, a omjer sinusa upadnog kuta i sinusa kuta loma jest konstantan broj za točno definirane medije kroz koje zraka prolazi. Taj broj definira relativni indeks loma tih dvaju sredstava, a ako je prvo sredstvo vakuum onda je taj broj apsolutni indeks loma. Iz iskustva znamo da će ravan štap gurnut u vodu izgledati prelomljen, to je posljedica loma svjetlosti.

Za fotografe ovo je vrlo bitan zakon, jer po njegovim principima dolazi do loma svjetlosti i prigodom prolaska iz zraka u staklo. Objektivi su konstruirani na tom principu. Ne zaboravimo da se svjetlost koja prolazi kroz prozirno sredstvo poput stakla lomi dva puta, jednom na ulasku u medij, a drugi put na izlasku iz njega, u suprotnom smjeru. No, kao što smo već spomenuli postoji geometrijska optika koja optičke pojave vezane uz svjetlost objašnjava jednostavnim empirijskim zakonima i fizikalna optika koja ulazi dublje u prirodu svjetlosti i njezine interakcije s materijom. Lom svjetlosti, prema fizikalnoj optici, posljedica je različite brzine svjetla u vakuumu i nekom prozirnom mediju. Brzina svjetla u vakuumu je konstantna i otprilike iznosi 300.000 kilometara u sekundi. Brzina svjetla u bilo kojem prozirnom mediju je manja od brzine u vakuumu. Isto je tako manja u vodi negoli u zraku, zato dolazi do loma svjetlosti na granici medija, u primjeru štapa uronjenog u vodu, na granici zraka i vode.

Nadalje, ako se svjetlost širi nekim prozirnim sredstvom, brzina u tom sredstvu ovisi o njezinoj boji. Najbrže se širi svjetlost najveće valne duljine, tj. crvena svjetlost, a najsporije ona koja ima najkraću valnu duljinu, tj. ljubičasta svjetlost. Ovu pojavu nazivamo disperzija. U vakuumu nema disperzije svjetlosti, a u ostalim prozirnim sredstvima ona postoji, pa tako i u lećama naših objektiva. Sjetite se kako prizma rastavlja bijelu svjetlost u spektar, crvena se svjetlost lomi najmanje jer joj se brzina najmanje mijenja. To znači da objektiv koji nije posebno korigiran i konstruiran, različito lomi različite boje svjetla, tj. da je žarišna duljina nekog objektiva veća za crveno svjetlo nego za ljubičasto! Ta se pojava naziva kromatskim odstupanjem (chromatic aberration). Sad znate zašto proizvođači stalno naglašavaju kako su njihovi objektivi napravljeni od stakla s malom disperzijom.