Akkurat nå er 15 pålogget.

Refleksjon og lysbrytning

Ordet refleksjon er avledet fra latin og betyr tilbakekastelse. I fysikk betegner begrepet refleksjon det fenomen at et legeme eller en bølge i bevegelse kastes tilbake når det støter mot en grenseflate. Et eksempel på refleksjon er en ball som reflekteres (spretter tilbake) fra bakken når man kaster den. Både lys, lyd og bølger kan reflekteres til mediet de kom fra når de støter mot en grenseflate.

Refraksjon betyr brytning eller avbøying ved gjennomtrenging. Det er det fysiske fenomenet som oppstår når stråler og bølger som beveger seg mellom to medier hvor de beveger seg med forskjellige hastigheter brytes. Når en lysstråle skifter retning i grenseovergangen mellom to stoffer med ulik optisk tetthet, kalles det lysbrytning.

Refleksjonsloven

Refleksjonsloven beskriver hvordan bølger og partikler reflekteres på en overflate. I følge denne loven er innfallsvinkelen lik refleksjonvinkelen. Dette vil si at bevegelsesretningen før og etter refleksjonen danner like store vinkler med en linje vinkelrett på den reflekterende flaten, innfallsloddet, og alle tre ligger i ett plan.


En stråle kommer inn på en reflekterende overflate med vinkelen i, i forhold til normalen (stripet linje), og reflekteres med vinkelen u.

En partikkel eller stråle treffer en reflekterende overflate. Innfallsvinkelen defineres ut fra overflatens normal, innfallsloddet. Normalen er en linje som står vinkelrett på overflaten. Det er altså 90 grader mellom overflaten og normalen. Strålens eller partikkelens innfallsvinkel, i, defineres som vinkelen til normalen.

Refleksjonsloven sier at utgangsvinkelen, u, er lik innfallsvinkelen, i:

u = i

Denne loven gjelder for aller former for refleksjon.

Totalrefleksjon

Totalrefleksjon vil si at lyset som treffer grenseflaten til et stoff ikke går inn i stoffet, men blir fullstendig reflektert tilbake. Dette kan skje når lys går fra et stoff med høyere til et stoff med lavere brytningsindeks. Lysstrålene brytes da fra innfallsloddet, og brytningsvinkelen blir større enn innfallsvinkelen.

Mellom to materialer eller medier er det en kritisk vinkel, som er den vinkelen hvor lyset brytes med en vinkel på 90 grader. Når innfallsvinkelen er større enn den kritiske vinkelen på 90 grader, blir alt lyset kastet tilbake, totalreflektert. Et speil er et eksempel på dette fenomenet.

Forskjellen på tilfeller hvor bare noe av lyset blir reflektert - som vinduer og vannoverflater - og totalrefleksjon, er de to stoffene som møtes når lyset rammer overflaten. Ved totalrefleksjon skjer det ikke noen brytning, fordi alt lyset blir reflektert.

Refraksjon  

Refraksjon står i motsetning til refleksjon. Ved refraksjon kastes ikke strålene eller bølgene tilbake, men går gjennom objektet. Ved refraksjon passerer strålen eller bølgen gjennom materialet, men endrer vinkel på grunn av endringen i hastighet. Refraksjon er en effekt av at en stråle eller bølge skifter hastighet når den går fra et medium til et annet.

En stråle eller bølge skifter vinkel i forhold til den såkalte brytningsindeksen mellom de to mediene. Man finner brytningsindeksen for to medier i en tabell, og forholdet mellom disse vil være lik forholdet mellom innfallsvinkelen og den refrakterede brytningsvinkelen.

Lysbrytning

Begrepet refraksjon ble opprinnelig brukt om lysets brytning gjennom atmosfæren, og det at lyset endrer retning på overgangen fra et medium til et annet. Det at gjenstander sett gjennom vann, glass eller andre gjennomsiktige materialer virker forskjøvet, er et resultat av lysbrytning. Lysstrålens retningsforandring når den passerer grensen mellom to stoffer er avhengig av brytningsindeksen for de to stoffene.

Når lys rammer en vannoverflate, går det fra å bevege seg i luft til å bevege seg i vann. Lys beveger seg hurtigere i luft enn i vann, fordi vann er et optisk tettere stoff enn luft. Dette gjør at lys som treffer vann endrer vinkel, slik at lysstrålens vinkel blir brattere i vannet enn i luften.

Eksempel på beregning av brytningsvinkel

For eksempel har luft en brytningsindeks på 1.0003, og vann har en brytningsindeks på 1.3330. Hvis en lysstråle går fra luft ned i vann, kan vi beregne brytningsvinkelen slik:

v_b = \frac{1.0003}{1.3330} \cdot v_i^{}

Her er vb brytningsvinkelen og vi innfallsvinkelen.

Mellom vann og luft skjer refraksjonen i det samme øyeblikket bølgen rammer det nye mediet.

Refraksjon behøver ikke alltid å skje øyeblikkelig. Et eksempel er lydbølger i havet. Fordi lydens hastighet avhenger av vannets temperatur, vil gradvise temperaturendringer i havet bety gradvis refraksjon av lyden.