Innehåll
Brewsters vinkel, uppkallad efter den skotska fysikern David Brewster, är en viktig vinkel i studien av ljusbrytning. När ljus slår mot en yta, t.ex. en vattenmassa, reflekteras en del av ljuset från ytan medan andra tränger in i den. Ljuset som tränger igenom fortsätter dock inte nödvändigtvis i en rak linje; ett fenomen som kallas brytning förändrar vinkeln vid vilken ljuset rör sig. Du kan se detta själv genom att titta på ett sugrör i ett glas vatten; den del av halmen som är synlig ovanför vattnet ser inte ut som den är helt ansluten till vad du ser i vattnet. Det är för att ljusets vinkel förändrades på grund av brytning, vilket ändrar sättet att dina ögon tolkar vad de ser.
I en viss vinkel minimeras ljusets brytning; detta är Brewster-vinkeln. Medan viss brytning fortfarande inträffar, är det mindre än vad du skulle se i någon annan vinkel. Den exakta vinkeln beror delvis på ämnet som ljuset kommer in i, eftersom olika ämnen orsakar olika mängder brytning när ljus passerar genom dem. Lyckligtvis är det möjligt att beräkna Brewsters vinkel i nästan alla ämnen helt enkelt genom att använda lite trigonometri.
Polarisationsvinkeln
Brewsters vinkel indikerar den optimala polarisationsnivån som kan uppstå inom brytningsmaterialet. Vad detta betyder är att ljus som kommer in i ett material i denna specifika vinkel inte sprids i flera riktningar (vilket är vad som orsakar brytning.) Istället fortsätter ljuset att resa längs en enda bana med minimal spridning. Du kan se denna effekt när du bär polariserade solglasögon; linserna har en beläggning utformad för att minska spridningen och skapa en polariserad effekt, så att du kan se genom bländningen på vattenytan och andra platser där ljusspridning gör det svårt att se.
Eftersom Brewsters-vinkeln är den optimala vinkeln för polarisering i ett givet material, kommer du ibland att se den också kallas "polarisationsvinkeln" för materialet. Båda termerna betyder i princip samma sak, så oroa dig inte om du ser att en källa hänvisar till en av termerna och en annan källa använder den andra.
Brewsters Formel
För att beräkna Brewsters-vinkel måste du använda en trigonometrisk formel som kallas Brewsters-formel. Formeln i sig härleds med hjälp av en matematisk regel som kallas Snells Law, men du behöver inte veta hur du konstruerar formeln själv för att använda den. Använder sig av θB för att representera Brewsters vinkel är ekvationen för Brewsters formel: θB = arktan (n2/n1). Här är en uppdelning av vad detta betyder.
I vår formel, θB representerar vinkeln försökte beräkna (Brewsters vinkel). "Arktanen" du ser är arktangenten, som är den omvända funktionen av tangent; i ett fall där y = solbränna (x), skulle arktangenten vara x = arktan (y). Därifrån har vi n1 och n2. Dessa båda indikerar brytningsindexet för de material som ljuset färdas genom, med n1 är det initiala materialet (som luft) och n2 att vara det andra materialet som försöker reflektera eller sprida ljuset (t.ex. vatten.) Du måste leta upp brytningsindex för att göra beräkningen (se Resurser).
När du har letat upp index för dina material, behöver du helt enkelt ansluta siffrorna och beräkna din arktangent. Glöm inte det n2 går på toppen av din bråk! Genom att använda luft och vatten som exempel kan du se att luft har ett brytningsindex på cirka 1,00 och att vatten (vid ungefär rumstemperatur) har ett brytningsindex på 1,33, med båda avrundade till två decimaler. Placera dem i formeln, du får θB = arctan (1,33 / 1,00) eller θB = arctan (1,33). Du kan beräkna detta på en vetenskaplig kalkylator med solbränna-1 funktion om du inte har en dedikerad arctan-knapp; att göra det ger oss θB = 0,9261 (avrundad till fyra platser) eller en vinkel på 92,61 grader.