Fysikk med Eivind (ep 13) - Energi og Arbeid (Fysikk 1) (Kan 2024)
Refleksjon og refraksjon
Lysstråler endrer retning når de reflekteres fra en overflate, beveger seg fra et gjennomsiktig medium til et annet eller reiser gjennom et medium hvis sammensetning kontinuerlig endrer seg. Refleksjonsloven sier at ved refleksjon fra en glatt overflate er vinkelen på den reflekterte strålen lik vinkelen til den innfallende strålen. (Konvensjon måles alle vinkler i geometrisk optikk med hensyn til normalen til overflaten - det vil si til en linje vinkelrett på overflaten.) Den reflekterte strålen er alltid i planet definert av den innfallende strålen og den normale til flate. Refleksjonsloven kan brukes til å forstå bildene produsert av plane og buede speil. I motsetning til speil, er de fleste naturlige overflater røffe i omfanget av lysets bølgelengde, og som en konsekvens reflekteres parallelle innfallende lysstråler i mange forskjellige retninger, eller diffust. Diffus refleksjon er ansvarlig for evnen til å se de fleste belyste overflater fra hvilken som helst stilling - stråler når øynene etter å ha reflektert fra hver del av overflaten.
Når lys som beveger seg i ett gjennomsiktig medium møter en grense med et andre gjennomsiktig medium (f.eks. Luft og glass), reflekteres en del av lyset og en del overføres til det andre mediet. Når det sendte lyset beveger seg inn i det andre mediet, endrer det kjøreretningen; det vil si at den brytes. Brytningsloven, også kjent som Snells lov, beskriver forholdet mellom forekomstvinkelen (θ 1) og brytningsvinkelen (θ 2), målt i forhold til den normale ("vinkelrette linje") til overflaten, i matematiske termer: n 1 sin θ 1 = n 2 sin θ 2, hvor n 1 og n 2 er brekningsindeksen for henholdsvis det første og det andre mediet. Brytningsindeksen for ethvert medium er en dimensjonsløs konstant lik forholdet mellom lysets hastighet i et vakuum og dets hastighet i dette mediet.
Per definisjon er brytningsindeksen for et vakuum nøyaktig 1. Fordi lysets hastighet i ethvert gjennomsiktig medium alltid er mindre enn lysets hastighet i et vakuum, er brekningsindeksene for alle medier større enn ett, med indekser for typiske gjennomsiktige materialer mellom en og to. For eksempel er indeks for refraksjon av luft ved standardbetingelser 1.0003, vann er 1,33, og glass er omtrent 1,5.
De grunnleggende trekk ved brytning er lett hentet fra Snells lov. Mengden bøyning av en lysstråle når den krysser en grense mellom to medier, er diktert av forskjellen i de to brytningsindeksene. Når lys går over i et tettere medium, bøyes strålen mot det normale. Motsatt blir lys som kommer skrått fra et tettere medium bøyd bort fra det normale. I det spesielle tilfellet der den innfallende bjelken er vinkelrett på grensen (det vil si lik den normale), er det ingen endring i lysretningen når den kommer inn i det andre mediet.
Snells lovgivning regulerer bildegenskapene til linser. Lysstråler som passerer gjennom en linse er bøyd på begge overflater av linsen. Med riktig utforming av overflatenes krumning kan forskjellige fokuseringseffekter realiseres. For eksempel kan stråler som i utgangspunktet divergerer fra en punktkilde for lys, omdirigeres av en linse for å konvergere på et punkt i rommet og danne et fokusert bilde. Optikken til det menneskelige øyet er sentrert rundt fokuseringsegenskapene til hornhinnen og den krystallinske linsen. Lysstråler fra fjerne objekter passerer gjennom disse to komponentene og fokuseres til et skarpt bilde på den lysfølsomme netthinnen. Andre optiske bildesystemer spenner fra enkle applikasjoner med enkelt objektiv, som forstørrelsesglass, brille og kontaktlinser, til komplekse konfigurasjoner av flere linser. Det er ikke uvanlig at et moderne kamera har et halvt dusin eller flere separate linseelementer, valgt å produsere spesifikke forstørrelser, minimere lystap via uønskede refleksjoner og minimere bildeforvrengning forårsaket av linseavvik.
