- Elemente der Brechung
- Brechungsindex von Licht in verschiedenen Medien
- Brechungsgesetze
- Erstes Gesetz der Brechung
- Zweites Brechungsgesetz
- Fermats Prinzip
- Folgen von Snells Gesetz
- Grenzwinkel und Totalreflexion
- Experimente
- Ursachen
- Die Lichtbrechung im Alltag
- Verweise
Die Lichtbrechung ist das optische Phänomen, das auftritt, wenn Licht schräg auf die Trennfläche zweier Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex fällt. In diesem Fall ändert das Licht seine Richtung und Geschwindigkeit.
Die Brechung tritt beispielsweise auf, wenn Licht von Luft zu Wasser gelangt, da dieses einen niedrigeren Brechungsindex aufweist. Es ist ein Phänomen, das im Pool perfekt erkannt werden kann, wenn man beobachtet, wie die Formen des Körpers unter Wasser von der Richtung abzuweichen scheinen, die sie haben sollten.
Atoma
Es ist ein Phänomen, das verschiedene Arten von Wellen betrifft, obwohl der Fall des Lichts der repräsentativste und derjenige mit der größten Präsenz in unserem täglichen Leben ist.
Die Erklärung für die Lichtbrechung lieferte der niederländische Physiker Willebrord Snell van Royen, der ein Gesetz zur Erklärung aufstellte, das als Snell'sches Gesetz bekannt wurde.
Ein anderer Wissenschaftler, der der Lichtbrechung besondere Aufmerksamkeit widmete, war Isaac Newton. Um es zu studieren, schuf er das berühmte Glasprisma. Im Prisma dringt Licht durch eine seiner Flächen ein und bricht und zerfällt in die verschiedenen Farben. Auf diese Weise bewies er durch das Phänomen der Lichtbrechung, dass weißes Licht aus allen Farben des Regenbogens besteht.
Elemente der Brechung
Die Hauptelemente, die bei der Untersuchung der Lichtbrechung berücksichtigt werden müssen, sind die folgenden: - Der einfallende Strahl, der schräg auf die Trennfläche der beiden physikalischen Medien fällt. - Der gebrochene Strahl ist der Strahl, der durch das Medium geht und dessen Richtung und Geschwindigkeit ändert. -Die normale Linie, die die imaginäre Linie senkrecht zur Trennfläche der beiden Medien ist. -Der Einfallswinkel (i), der als der Winkel definiert ist, den der einfallende Strahl mit der Normalen bildet. -Der Brechungswinkel (r), der als der Winkel definiert ist, den die Normale mit dem gebrochenen Strahl bildet.- Außerdem muss der Brechungsindex (n) eines Mediums berücksichtigt werden, der der Quotient aus der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und der Lichtgeschwindigkeit im Medium ist.
n = c / v
In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum den Wert 300.000.000 m / s annimmt.
Brechungsindex von Licht in verschiedenen Medien
Die Brechungsindizes des Lichts in einigen der häufigsten Medien sind:
Brechungsgesetze
Das Snellsche Gesetz wird oft als das Gesetz der Brechung bezeichnet, aber die Wahrheit ist, dass man sagen kann, dass es zwei Gesetze der Brechung gibt.
Erstes Gesetz der Brechung
Der einfallende Strahl, der gebrochene Strahl und die Normale befinden sich in derselben Raumebene. In diesem Gesetz, das auch von Snell abgeleitet wurde, gilt auch die Reflexion.
Zweites Brechungsgesetz
Das zweite, das Brechungsgesetz oder das Snellsche Gesetz, wird durch den folgenden Ausdruck bestimmt:
n 1 sin i = n 2 sin r
Wobei n 1 der Brechungsindex des Mediums ist, von dem das Licht kommt; i der Einfallswinkel; n 2 der Brechungsindex des Mediums, in dem das Licht gebrochen wird; r ist der Brechungswinkel.
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Fermats Prinzip
Aus dem Prinzip der Mindestzeit oder dem Prinzip von Fermat lassen sich sowohl die Reflexionsgesetze als auch die Brechungsgesetze ableiten, die wir gerade gesehen haben.
Dieses Prinzip besagt, dass der reale Weg, dem ein Lichtstrahl folgt, der sich zwischen zwei Punkten im Raum bewegt, derjenige ist, der die geringste Reisezeit benötigt.
Folgen von Snells Gesetz
Einige der direkten Konsequenzen, die sich aus dem vorherigen Ausdruck ergeben, sind:
a) Wenn n 2 > n 1 ; sin r <sin io lass r <i
Wenn also ein Lichtstrahl von einem Medium mit einem niedrigeren Brechungsindex zu einem anderen mit einem höheren Brechungsindex übergeht, nähert sich der gebrochene Strahl dem Normalen.
b) Wenn n2 <n 1 ist ; sin r> sin io lass r> i
Wenn also ein Lichtstrahl von einem Medium mit einem höheren Brechungsindex zu einem anderen mit einem niedrigeren Index übergeht, bewegt sich der gebrochene Strahl von der Normalen weg.
c) Wenn der Einfallswinkel Null ist, ist der Winkel des Brechungsstrahls Null.
Grenzwinkel und Totalreflexion
Eine weitere wichtige Konsequenz des Snellschen Gesetzes ist der sogenannte Grenzwinkel. Dies ist die Bezeichnung für den Einfallswinkel, der einem Brechungswinkel von 90 ° entspricht.
In diesem Fall bewegt sich der gebrochene Strahl bündig mit der Trennfläche der beiden Medien. Dieser Winkel wird auch als kritischer Winkel bezeichnet.
Bei Winkeln, die größer als der Grenzwinkel sind, tritt das als Totalreflexion bekannte Phänomen auf. In diesem Fall tritt keine Brechung auf, da der gesamte Lichtstrahl intern reflektiert wird. Totalreflexion tritt nur auf, wenn von einem Medium mit einem höheren Brechungsindex zu einem Medium mit einem niedrigeren Brechungsindex gewechselt wird.
Eine Anwendung der Totalreflexion ist die Leitung von Licht durch die optische Faser ohne Energieverlust. Dank dessen können wir die hohen Datenübertragungsgeschwindigkeiten genießen, die Glasfasernetzwerke bieten.
Experimente
Ein sehr grundlegendes Experiment, um das Phänomen der Brechung beobachten zu können, besteht darin, einen Bleistift oder einen Stift in ein mit Wasser gefülltes Glas einzuführen. Infolge der Lichtbrechung erscheint der eingetauchte Teil des Bleistifts oder Stifts leicht gebrochen oder weicht von dem Weg ab, den man erwarten würde.
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Sie können auch ein ähnliches Experiment mit einem Laserpointer versuchen. Natürlich müssen einige Tropfen Milch in das Glas Wasser gegossen werden, um die Sichtbarkeit des Laserlichts zu verbessern. In diesem Fall wird empfohlen, das Experiment bei schlechten Lichtverhältnissen durchzuführen, um den Weg des Lichtstrahls besser einschätzen zu können.
In beiden Fällen ist es interessant, verschiedene Einfallswinkel auszuprobieren und zu beobachten, wie sich der Brechungswinkel ändert, wenn sie sich ändern.
Ursachen
Die Ursachen für diesen optischen Effekt müssen in der Lichtbrechung gesucht werden, die dazu führt, dass das Bild des Bleistifts (oder der Lichtstrahl des Lasers) unter Wasser in Bezug auf das Bild, das wir in der Luft sehen, abweicht.
Die Lichtbrechung im Alltag
Die Lichtbrechung kann in vielen Situationen unseres Alltags beobachtet werden. Einige haben wir bereits benannt, andere werden wir unten kommentieren.
Eine Folge der Brechung ist, dass Pools flacher erscheinen als sie tatsächlich sind.
Ein weiterer Effekt der Brechung ist der Regenbogen, der auftritt, weil Licht durch die in der Atmosphäre vorhandenen Wassertropfen gebrochen wird. Es ist das gleiche Phänomen, das auftritt, wenn ein Lichtstrahl durch ein Prisma tritt.
Eine weitere Folge der Lichtbrechung ist, dass wir den Sonnenuntergang der Sonne beobachten, wenn einige Minuten vergangen sind, seit es tatsächlich passiert ist.
Verweise
- Licht (nd). In Wikipedia. Abgerufen am 14. März 2019 von en.wikipedia.org.
- Burke, John Robert (1999). Physik: die Natur der Dinge. Mexiko DF: Internationale Thomson-Redakteure.
- Totalreflexion (nd). Auf Wikipedia. Abgerufen am 12. März 2019 von en.wikipedia.org.
- Licht (nd). Auf Wikipedia. Abgerufen am 13. März 2019 von en.wikipedia.org.
- Lekner, John (1987). Reflexionstheorie, elektromagnetischer Wellen und Teilchenwellen. Springer.
- Brechung (nd). Auf Wikipedia. Abgerufen am 14. März 2019 von en.wikipedia.org.
- Crawford jr., Frank S. (1968). Wellen (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill.