Brydning og Reflektion
Brydning
Når lys rejser igennem luft, går vi ud fra at det bevæger sig i en ret linie, (hvilket dog ikke altid er tilfældet hvis man virkelig nørder fysik), men på vores niveau er det det vi går ud fra når vi skal kigge på brydning.
Når lys går fra et materiale til et andet, vil der med mindre materialerne minder meget om hinanden rent optisk, ske en afbøjning af lyset. Denne afbøjning afhænger af hvor hurtigt lyset kan rejse i de forskellige materialer, og er der forskel på hastigheden vil denne afbøjning opstå.
Brydningsindeks (Refraktion)
For at have en værdi for hvor meget lys afbøjer i forskellige materialer, har man fundet på et begreb vi kalder for brydningsindekset. Brydningsindekset er ganske kort et tal for hvor meget lyset afbøjes/bremses i et materiale.
Man beregner et materiales brydningsindeks ved enten at kende lysets hastighed i de forskellige materialer, eller ved som i har gjort at finde indfaldsvinkel og udfaldsvinkel, og herefter sætte dem ind i formlen her.
Man kan også slå brydningsindekset op i en tabel som for eksempel den herunder.
Man kan også ved at finde et materiales brydning gå baglæns og finde ud af hvilket materiale man står med. Prøv for eksempel om I kan bestemme hvilket materiale klodserne i lyskassesættene er??
Forsøg med brydningsindex
Vigtigst af alt er at i ikke giver pæren mere end 12 V, den lyser ganske fint allerede ved 10-11 V. Om I bruger vekselspænding eller jævnspænding er ligegyldigt.
Med en lyskasse kan man lave lige linier af lys. Om der er 1, 3 eller 5 er ligegyldigt. Her har jeg valgt at bruge 3. Med skyderen oven på lyskassen kan man fokuserer/sprede/samle striberne.
Når man putter "akrylklodsen" ind foran lyskassen, vil man kunne se at lyset afbøjes mest når klodsen ligger skråt på lysstrålen.
Du kan nu tegne uden om klodsen med en blyant eller kuglepen. Samtidig tegner de lysstriberne ind.
Herefter tegner du indfaldslod på og måler vinklerne på indfaldsvinkel og udfaldsvinkel. Herunder er det regnet ud i Wordmat.
Kigger man i tabellen ovenover, tyder det på at vi nok har med akryl at gøre.
Lysets vej igennem linser
Når lyset så bryder i linser (refraksion), vi lysstrålernes knæk altså bestemmes af hvor skråt de kommer ind på overfladen af materialet. Denne effekt bruger man i briller til at korrigerer for synsfejl med briller, kontaktlinser og øjenoperationer.
Hvis øjets egen linse ikke samler lyset nok, kan hjælpe øjet ved at samle lyset med en samlelinse. De kaldes også konvekse eller bikonveks linser. den på billedet er konveks på begge sider, bi betyder begge eller 2.
En konveks linse har brændpunkt på modsatte side af lyskilden. Her ses det tydeligt der hvor lysstrålerne krydser.
Hvis øjets linse samler lyset for meget, kan man bruge en spredelinse som herunder. Her er det en bikonkav linse. Hvis kun den ene side buer ind, kaldes den bare konkav.
Der findes også linser der er både konkav og konveks, altså hvor forsiden er konveks og siden ind imod øjet er konkav. Det samme gælder kontaktlinser.
En konkav linse har et brændpunkt foran linsen (kan svagt ses på billedet herover)
I kassen finder i også andre figurer der er variationer af konkav, konveks og lige sider.
Farver bryder forskelligt.
På grund af de forskellige bølgelængder forskellige farver lys har, så afbøjer/brydes de også forskelligt, selv i det samme materiale. Det giver lidt udfordringer for optikkere og producenter af kikkerter, objektiver osv.
Faktisk har vi udnyttet at lys bryder forskelligt da vi brugte de sorte håndspektrometre. Her er det dog et optisk gitter lyset brydes igennem, men det ses tydeligt heri hvordan de forskellige farver skilles ad.
Et andet sted vi kan se det, er i dannelsen af regnbuer. Her brydes hvidt lys, der består af alle farver, og kommer ud som det vi alle kender som regnbuefarver.
Sender man hvidt lys ind i en prisme fra den rigtige vinkel, kan man splitte hvidt lys i alle regnbuens farver. (klik på billedet for at se det tydeligere)
Reflektion
Refleksion er når lyset sendes ud i samme vinkel som det rammer overfladen i. Herunder ses et lige spejl hvor refleksionen sendes ud i samme vinkel. Indfaldsvinkel er lig udfaldsvinkel.
Sendes lys fra et denst materiale (tæt materiale), som eksempelvis vand, og ud i for eksempel luft, sker der også refleksion. Men hvis man rammer overfladen i en tilstrækkelig stor vinkel (målt fra indfaldslod), vil der opstå et punkt hvor ALT lyset reflekteres tilbage og altså intet lys kommer ud... det kaldes totaltrefleksion.
Grænsevinklen for totaltreflektion i et materiale kan hvis man er skarp findes med følgende formel. Det kræver dog at man kan finde brydningsindekserne for de to materialer man skal bruge.
n2 er altid mindre end n1.
Dette udnytter man for eksempel i lysledere, hvor man transmitterer lyssignaler over meget lange afstande.
Lysleder
I en lysleder udnytter man at lys rejser så utroligt hurtigt (300.000 km/s), så data kan hurtigt sendes over store afstande. Man udnytter fænomenet totalreflektion, og lyssignalet reflekterer hver gang det rammer lyslederens indre væg.
Signalerne er ret simple, tænder man for lyset er det et ettal, slukker man er det 0... slukker eller tænder man 8 gange har man én bit. Idag sender man med meget stor hastighed 100 megabit (millioner bit), 500 Mb og sågar Gb som er milliarder bits.
En ekstrasmart detalje er at man kan sende mange signaler i hvert lyslederkabel på én gang, så mængden af information er kun begrænset af de elektroniske dimser der skal sende og læse lyssignalerne.
Herunder ser du en lidt simpel lysleder med et rødt signal den ene vej og et gult den anden vej.
Parabol og hulspejle
Lige som med linserne kan man få lavet brændpunker med spejle. Det "perfekte" eksempel" er parabolspejlet, der samler alle lysstråler fra en bestemt retning til ét punkt.
Det er altså lige meget om jeg skubber spejlet vinkelret på lysstrålerne... de vil stadig samles i samme punkt.
Parabolspejlet er opbygget som en parabel.
Tager man et hulspejl istedet, vil der også være et brændpunkt, men når man skubber det, samler det ikke strålerne lige så præcist.
Huspejlet er formet som en halv cirkel.