Ljusets brytning
Brytning är en vågs riktningsändring när våghastigheten ändras vid en gränsyta. För ljus kopplar brytningsindex och Snells lag samman hastighet och strålvinklar.
Brytningsindex och ljusets hastighet
n=c/v. Större n betyder lägre fashastighet. Vid en stillastående gränsyta förblir frekvensen densamma; eftersom v=fλ ändras därför våglängden.
Snells lag bestämmer riktningen
n₁ sinθ₁=n₂ sinθ₂, där vinklarna mäts från normalen. Vid övergång till större n böjs strålen mot normalen; till mindre n böjs den bort från normalen. Att mäta vinkeln från ytan är ett vanligt fel.
Vad som inte ändras vid gränsytan
Den transmitterade frekvensen är samma som källans. Hastighet och våglängd ändras i medium 2. Den reflekterade vågen stannar i medium 1 och behåller där sin hastighet och våglängd.
Dispersion och verkliga material
Verkliga brytningsindex beror på våglängden. Dispersion delar upp färger i ett prisma och ger kromatisk aberration i enkla linser. Noggranna n-värden bör därför kopplas till en specificerad våglängd.
Riktning, hastighet och våglängd är olika frågor
Snells lag svarar på riktningen, n=c/v på fortplantningshastigheten och v=fλ på våglängden. Genom att skilja frågorna åt undviker man att tolka en riktningsändring som en frekvensändring.
Lösta exempel
1. Luft till glas
n₁=1,00, n₂=1,50 och θ₁=30°.
Lösning
θ₂≈19,5°.
2. Ljusets hastighet i vatten
För vatten är n=1,33.
Lösning
v≈2,26×10⁸ m s⁻¹.
3. Våglängd i glas
Ljus har våglängden 600 nm i luft och går in i glas med n=1,50.
Lösning
λ₂≈400 nm.