Innhold
Brewsters-vinkelen, oppkalt etter den skotske fysikeren David Brewster, er en viktig vinkel i studiet av lysbrytning. Når lys treffer en overflate som en vannmasse, reflekterer noe av lyset av overflaten mens noen trenger inn i det. Lyset som trenger gjennom fortsetter ikke nødvendigvis i en rett linje; et fenomen kjent som refraksjon endrer vinkelen som lyset beveger seg ved. Du kan se dette selv ved å se på et sugerør i et glass vann; den delen av halmen som er synlig over vannet, ser ikke ut som den er helt koblet til det du ser i vannet. Det er fordi lysets vinkel endret seg på grunn av brytning, og endret måten øynene dine tolker det de ser.
I en viss vinkel minimeres lysets brytning; dette er Brewster-vinkelen. Selv om noen brytning fremdeles forekommer, er det mindre enn hva du vil se i andre vinkler. Den nøyaktige vinkelen avhenger delvis av stoffet lyset kommer inn, da forskjellige stoffer forårsaker forskjellige brytningsmengder når lys passerer gjennom dem. Heldigvis er det mulig å beregne Brewsters vinkel i omtrent ethvert stoff bare ved å bruke litt trigonometri.
Polarisasjonsvinkelen
Brewsters vinkel indikerer det optimale polarisasjonsnivået som kan oppstå i brytningsmaterialet. Hva dette betyr er at lys som kommer inn i et materiale i denne spesifikke vinkelen ikke sprer seg i flere retninger (som er det som forårsaker brytning.) I stedet fortsetter lyset å bevege seg langs en enkelt bane med minimal spredning. Du kan se denne effekten når du bruker polariserte solbriller; linsene har et belegg designet for å redusere spredning og skape en polarisert effekt, slik at du kan se gjennom gjenskinnet på overflaten av vann og andre steder der lysspredning gjør det vanskelig å se.
Fordi Brewsters vinkel er den optimale vinkelen for polarisering i et gitt materiale, vil du noen ganger se det referert til som "polarisasjonsvinkelen" for materialet også. Begge begrepene betyr egentlig det samme, så ikke bekymre deg hvis du ser at en kilde refererer til et av begrepene og en annen kilde bruker den andre.
Brewsters Formula
For å beregne Brewsters-vinkelen, må du bruke en trigonometrisk formel kjent som Brewsters-formelen. Selve formelen er avledet ved hjelp av en matematisk regel kjent som Snells Law, men du trenger ikke å vite hvordan du konstruerer formelen selv for å bruke den. Ved hjelp av θB for å representere Brewsters vinkel, er ligningen for Brewsters formel: θB = arctan (n2/n1). Her er en oversikt over hva dette betyr.
I vår formel, θB representerer vinkelen prøvde å beregne (Brewsters vinkel). "Arktanen" du ser er arktangenten, som er den inverse funksjonen til tangens; i et tilfelle der y = solbrun (x), ville arktangenten være x = arctan (y). Derfra har vi n1 og n2. Begge indikerer brytningsindeksen for materialene som lyset reiser gjennom, med n1 å være det opprinnelige materialet (for eksempel luft) og n2 å være det andre materialet som prøver å reflektere eller spre lyset (for eksempel vann.) Du må slå opp brytningsindeks for å gjøre beregningen (se Ressurser).
Når du har funnet opp indeksene for materialene dine, trenger du ganske enkelt å plugge inn tallene og beregne arktangenten. Ikke glem det n2 går på toppen av brøkdelen din! Hvis du bruker luft og vann som eksempel, kan du se at luft har en brytningsindeks på rundt 1,00 og at vann (tilnærmet romtemperatur) har en brytningsindeks på 1,33, med begge avrundet til to desimaler. Å plassere dem i formelen, får du θB = arctan (1,33 / 1,00) eller θB = arctan (1,33). Du kan beregne dette på en vitenskapelig kalkulator ved å bruke brunfargen-1 funksjon hvis du ikke har en dedikert arctan-knapp; å gjøre det gir oss θB = 0,9261 (avrundet til fire steder) eller en vinkel på 92,61 grader.