Trayectoria del rayo de luz a través del índice de refracción variable

Supongamos que un rayo de luz pasa a través de un medio con índice de refracción norte = norte ( y ) . En el caso de un medio no homogéneo en el que norte varía continuamente en el y -dirección, Tenemos rayos curvos que satisfacen la ley de Snell en la forma:

norte porque ψ = C o norte s t a norte t
donde el ángulo ψ es la pendiente de la tangente a la trayectoria.

El principio de Fermat establece que

El camino real tomado por un rayo de luz entre dos puntos fijos hace que el tiempo de viaje del rayo sea estacionario.

De modo que

T [ PAG ] = C 1 PAG norte d s
que se reducen a (en el presente caso)
T [ y ] = C 1 X 0 X 1 d X   norte ( 1 + y ˙ 2 ) 1 / 2
con la ayuda de la ecuación de Euler-Lagrange
norte ( 1 + y ˙ 2 ) 1 / 2 = C o norte s t a norte t

y al escribir y ˙ = broncearse ψ , esto da la ley de Snell.


Pregunta : Si pongo y ˙ = 0 y = constante que no es extremals y por lo tanto no rayos. Pero como tal rayo experimentaría un valor constante de norte , ¿Cómo sabe el rayo que debe doblarse?

Corrija su ecuación, le falta un d X -- y define tu notación, y ˙ = d y / d X . Sé que te parece obvio, pero para la mayoría de los físicos un punto significa derivada del tiempo.

Respuestas (1)

El principio de Fermat se vuelve claro si se parte de la descripción de la luz de Huygens. Huygen supone que

light is a wave, which propagates in such a way that each disturbance generates a 
secondary spherical wave. These secondary waves interfere with each another

Usando esta imagen no tenemos un haz de luz dirigido. En cambio, tenemos una superposición de todos los caminos posibles. Por lo tanto, su pregunta original "¿cómo sabe la luz qué camino es el más corto?" desaparece, porque ahora la luz no tiene que elegir un camino a priori : simplemente toma todos los caminos posibles y el principio de superposición se asegura de que el camino correcto sea el dominante. /mejorado.

No me preocupa la descripción de Huygens. ¿Puede explicarlo con el principio que he dado?
La respuesta que di es lo mejor que puedo hacer. Si esto no te ayuda, lo siento. Tal vez alguien más sea capaz de hacerlo.
Gracias por tu respuesta.