光是如何行進的?(費馬原理)

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本動畫試圖描述 光線穿過介質的介面時,如何選擇爾後行進的路線。
當光束線從一介質遇到另一介質的介面時,部份光線會反射,部份光線會折射。
    且分別滿足 反射定律與折射定律。
費馬從另一個角度解釋光線在介面上時,光是如何選擇反射與折射的行進方向。
以下以不同顏色分成上下兩區域,分別代表 空氣(air)或 水(water)。
    左上方有一紅點,代表光源。右邊上方的藍色點 與下方的綠色點,
    分別代表 光線先抵達 水與空氣介面 後 光徑會通過的點。



使用說明:

由光源發出的光會向四面八方直線前進。
    當動畫區左上角顯示 Possible paths 時:
        假設 所有光點 抵達 空氣與水的介面後,都分別朝 藍色點與綠色點 飛去。
        (光點在水中的速度 約為空氣中速度的 0.75倍)
        則 將發現 最早抵達 藍色點與 綠色點的光徑(靜止時兩組白色光徑),
            才是光線真正行走的路徑。
        也就是 光束會選擇 兩點間需時最短的路徑(費馬原理)
    且這些路徑 分別滿足 光(或波)的 反射定律與 折射定律。
        以滑鼠鍵點 可能路徑區域,將改為 真實路徑
    此時顯示的光徑是 所有光線真正行走的路徑 (含反射與折射後光徑)。


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作者:國立台灣師範大學 物理系 黃福坤
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