Lysbrytning

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi

Fletting: Det er foreslått at Refraksjon blir flettet inn i denne artikkelen eller seksjonen. (Diskusjon).

Lysbryting er det optiske fenomen at en lysstråle skifter retning i grenseovergangen mellom to stoffer med ulik optisk tetthet.

I grenseflaten mellom luft og vann brytes en lysstråle slik at den blir brattere i vannet enn i lufta, fordi vann er et optisk tettere medium (stoff) enn luft. Forklaringen på at lyset brytes slik, har med å gjøre at lyset forplanter seg raskere gjennom optisk tynnere stoffer enn gjennom optisk tettere stoffer, mens lysstrålens frekvens er den samme. Bølgelengden er kortere i vannet enn i lufta, siden forplantningshastigheten for lyset er lavere i vann enn i luft.

Siden frekvensen til lys av en bestemt farge er konstant, må bølgelengden minke når lyset går fra et opptisk tynnere stoff (f.eks luft) til et optisk tettere stoff (f.eks glass), fordi lyshastigheten da reduseres. For «å få dette til», må lysstrålen endre retning. Hvor mye den endrer retning, er avhengig av

fargen på lyset: Lys med høyere frekvens (kortere bølgelengde), f.eks. fiolett eller indigo, brytes mer enn lys med lavere frekvens (lengre bølgelengde), f.eks orange eller rødt.

lysstrålens vinkel i forhold til grenseflaten mellom de to stoffene (f.eks. lufta og vannet): Jo slakere strålen faller inn fra lufta i forhold til vannflaten, desto mer brytes den. En lysstråle som faller loddrett ned i vannet, derimot, brytes ikke i det hele tatt.

Det ser ut som sugerøret har en knekk på seg, fordi lyset brytes i overgangen fra væsken i glasset til luften.

Brytning av lys i vann. Når vi ser på skrå gjennom vannflaten ned i vannet, ser det ut som ting befinner seg høyere i vannet enn det som er tilfelle. Det mørkegrå rektanglet viser hvor blyanten faktisk befinner seg i et kar med vann. Det lysegrå rektanglet viser hvor observatørens hjerne tror blyanten befinner seg nede i vannet. Hjernen tror nemlig at lyset fra blyanten har gått i rett linje hele veien (se svarte stiplede linjer), og tolker synsinntrykket som om det skulle være en knekk på blyanten, og som om den delen av blyanten som er nede i vannet, ligger høyere enn den i virkeligheten gjør. Merk at enden (X) ser ut som den befinner seg ved (Y), en posisjon som er betydelig grunnere i vannet enn (X).

[rediger] Lysbrytning og farge

Hvitt lys er en blanding av alle regnbuens farger. Siden hver av fargene har forskjellig bølgelengde, brytes de ikke like mye. I et trekantprisme som vist på dette bildet, brytes lysstrålen to ganger i samme retning: én gang inn i prismet, og en gang ut av prismet. De fiolette lysstrålene har kortest bølgelengde og brytes mest. De røde strålene brytes minst, fordi de har lengst bølgelengde.

Lysets frekvens bestemmer dets farge. Rødt lys har en frekvens på ca. 430 THz (tera-hertz). I vakuum har det røde lyset en bølgelengde på 700 nm (nanometer), noe kortere i luft, og en god del kortere i vann eller glass. De andre fargene, fra orange til gult osv. til fiolett har stadig kortere bølgelengde. Derfor brytes lyset av disse fargene stadig mer. Fiolett brytes mest, fordi det er den fargen som har kortest bølgelengde av synlig lys (ca. 450 nm).

[rediger] Brytningsindeks og bruken av den

Både glass og andre gjennomsiktige stoffer har sin spesifikke vinkel som lyset brytes i. Denne kan måles og kalles stoffets brytningsindeks. Ved å tilsette andre stoffer til glasset, får man fram glasstyper med forskjellig brytning. I den senere tid er der utviklet tilsvarende plaststoffer. Kunnskap om dette er viktig for utvikling av brilleglass som kan kompensere for flere typer brytningsfeil på en gang. Det samme gjelder for kontaktlinser. Mere komplisert er beregninger og konstruksjon av linser til kameraer, hvor regnbuekanter ikke skal forekomme. Dette ordnes ved å bruke litt forskjellige glass- eller plasttyper. En interessant variant er fresnelllinsen som består av et linseskall som er delt opp slik at konstruksjonen blir flatest mulig. Denne finner vi i flate forstørrelsesglass og i hovedfyrlykter hvor lysstrålen skal være rettet og smalest mulig.