Indhold
Brewsters-vinkel, opkaldt efter den skotske fysiker David Brewster, er en vigtig vinkel i studiet af lysbrydning. Når lys rammer en overflade, såsom et vandmasse, reflekteres noget af lyset fra overfladen, mens nogle trænger ind i det. Lyset, der trænger ind, fortsætter dog ikke nødvendigvis i en lige linje; et fænomen kendt som brydning ændrer den vinkel, hvormed lyset bevæger sig. Du kan se dette selv ved at se på et strå i et glas vand; den del af halmet, der er synligt over vandet, ser ikke ud som om det er fuldt forbundet med det, du ser i vandet. Det er fordi lysets vinkel ændrede sig på grund af brydning, og ændrede den måde, dine øjne fortolker, hvad de ser.
I en bestemt vinkel minimeres lysets brydning; dette er Brewster-vinklen. Selvom der stadig forekommer nogen brydning, er det mindre end hvad du ville se under enhver anden vinkel. Den nøjagtige vinkel afhænger delvist af det stof, lyset kommer ind i, da forskellige stoffer forårsager forskellige mængder af brydning, når lys passerer gennem dem. Heldigvis er det muligt at beregne Brewsters-vinkel i næsten ethvert stof blot ved at anvende en smule trigonometri.
Polarisationsvinklen
Brewsters-vinkel indikerer det optimale polarisationsniveau, der kan forekomme i det brydende materiale. Hvad dette betyder er, at lys, der kommer ind i et materiale i denne specifikke vinkel, ikke spreder sig i flere retninger (hvilket er, hvad der forårsager brydning.) I stedet fortsætter lyset med at bevæge sig langs en enkelt sti med minimal spredning. Du kan se denne effekt, når du bærer polariserede solbriller; linserne har en belægning designet til at reducere spredning og skabe en polariseret effekt, så du kan se gennem blænden på overfladen af vand og andre steder, hvor lysspredning gør det svært at se.
Fordi Brewsters-vinklen er den optimale vinkel til polarisering i et givet materiale, vil du nogle gange se det også kaldet "polarisationsvinklen" for materialet. Begge udtryk betyder i det væsentlige den samme ting, så du skal ikke bekymre dig, hvis du ser en kilde henvise til et af udtrykkene, og en anden kilde bruger den anden.
Brewsters Formel
For at beregne Brewsters-vinklen skal du bruge en trigonometrisk formel kendt som Brewsters-formlen. Selve formlen er afledt ved hjælp af en matematisk regel kaldet Snells Law, men du behøver ikke at vide, hvordan du selv konstruerer formlen for at bruge den. Ved brug af θB for at repræsentere Brewsters-vinklen er ligningen for Brewsters-formlen: θB = arctan (n2/n1). Her er en oversigt over, hvad dette betyder.
I vores formel, θB repræsenterer vinklen forsøgte at beregne (Brewsters vinkel). Den "arktan", du ser, er arktangenten, som er den inverse funktion af tangent; i et tilfælde hvor y = solbrun (x), ville arktangenten være x = arctan (y). Derfra har vi n1 og n2. Begge angiver brydningsindekset for de materialer, som lyset kører gennem, med n1 er det oprindelige materiale (såsom luft) og n2 at være det andet materiale, der forsøger at reflektere eller sprede lyset (f.eks. vand.) Du bliver nødt til at slå op i brydningsindeks for at udføre beregningen (se Ressourcer).
Når du har fundet indekserne for dine materialer, skal du blot tilslutte numrene og beregne din arktangent. Glem ikke det n2 går på toppen af din brøkdel! Brug af luft og vand som eksempel kan du se, at luft har et brydningsindeks på ca. 1,00, og vand (ved ca. stuetemperatur) har et brydningsindeks på 1,33, med begge afrundet til to decimaler. At placere dem i formlen, får du θB = arctan (1,33 / 1,00) eller θB = arctan (1,33). Du kan beregne dette på en videnskabelig lommeregner ved hjælp af solbrunet-1 funktion, hvis du ikke har en dedikeret arctan-knap; at gøre det giver os θB = 0,9261 (afrundet til fire steder) eller en vinkel på 92,61 grader.