Refraksjon

Refraksjon er eit fysisk fenomen der ei bølgjerørsle endrar retning i overgangen frå eitt medium til anna. Ofte vert omgrepet nytta om lys, og det vert då kalla lysbryting.

Lysbryting

Lysbryting er det optiske fenomenet ved at ei lysstråle skiftar retning i grenseovergangen mellom to stoff med ulik optisk tettleik.

I grenseflata mellom luft og vatn blir ei lysstråle broten slik at ho blir brattare i vatnet enn i lufta, fordi vatn er eit optisk tettare medium (stoff) enn luft. Forklaringa på at ljoset blir slik brote, har med å gjere at ljoset forplantar seg raskare gjennom optisk tynnare stoff enn gjennom optisk tettare stoff, medan frekvens til lysstråla er den same. Bølgjelengda er kortare i vatnet enn i lufta, sidan forplantningssnøggleiken for ljoset er lågare i vatn enn i luft.

Sidan frekvensen til ljos av ein bestemd farge er konstant, må bølgjelengda minke når ljoset går frå eit optisk tynnare stoff (t.d. luft) til eit optisk tettare stoff (t.d. glas), fordi lyssnøggleiken då blir redusert. For «å få dette til», må lysstrålen endre retning. Kor mykje han endrar retning, er avhengig av

• fargen på ljoset: Lys med høgare frekvens (kortare bølgjelengd), t.d. fiolett eller indigo, vert brote meir enn ljos med lågare frekvens (lengre bølgjelengd), f.eks orange eller rødt.

• vinkelen til lysstråla i tilhøve til grenseflaten mellom dei to stoffa (t.d. lufta og vatnet): Jo slakare stråla fell inn frå lufta i tilhøve til vassflata, dess meir vert ho broten. Ei lysstråle som fell loddrett ned i vatnet, derimot, blir ikkje i brote i det heile.

Det ser ut som sugerøyret har ein knekk på seg, fordi ljoset vert brote i overgangen frå væska i glaset til lufta.

Bryting av lys i vatn. Når vi ser på skrå gjennom vassflata ned i vatnet, ser det ut som ting ligg høgare i vatnet enn det som er tilfelle. Det mørkegrå rektangelet viser kvar blyanten faktisk ligg i eit kar med vatn. Det lysegrå rektangelet viser der hjernen til observatøren trur blyanten ligg nede i vatnet. Hjernen trur nemleg at ljoset frå blyanten har gått i rett linje heile vegen (sjå svarte stipla linjer), og tolkar synsinntrykket som om det skulle vere ein knekk på blyanten, og som om den delen av blyanten som er nede i vatnet, ligg høgare enn han i røyndomen gjer. Merk at enden (X) ser ut som han ligg ved (Y), ein posisjon som er langt grunnare i vatnet enn (X).

Refraksjon

Diagram som viser refraksjon av bølgjar i vatn.

Eit refraksjonsdiagram er eit type bølgjekart som viser korleis bølgjer byggjast opp, blir påverka eller blir endra ved varierande vasstand, djupner, vind- og/eller straumforhold.

Refraksjon er eit omgrep som tyder bryting eller avbøying ved gjennomtrenging. Opphavleg brukt om brytninga til ljoset gjennom atmosfæren.

Omgrepet blir brukt av augelegar, optometristar og optikarar som leitar etter brytingsfeil i auga. Éit hjelpemiddel i dette arbeidte kallast refraktometer.

Omgrepet brukast innan nautiske fag/meteorologi for å betegne bølgedannelser. Begripe blir òg brukt innan radio/mobilkommunikasjon for å betegne feil/forstyrrelser som blir at skulda signal går gjennom bygningar og andre objekt. Det står i motsetnad til refleksjon (kor strålar eller bølgjar ikkje går gjennom eit objekt, men blir kasta tilbake).

Lysbryting og farge

Frekvensen til ljoset avgjer fargen til ljoset. Raudt ljos har ein frekvens på ca 430 THz (tera-hertz). I vakuum har det raude ljoset ei bølgjelengd på 700 NM (nanometer), noko kortare i luft, og ein god del kortare i vatn eller glas. Dei andre fargane, frå oransje til gult osb til fiolett har stadig kortare bølgjelengd. Difor brytast ljoset av desse fargane stadig meir. Fiolett blir brote mest, fordi det er den fargen som har kortast bølgjelengd av synleg ljos (ca 450 NM).

Brytingsindeks og nytta av han

For meir om dette emnet, sjå brytningsindeks.

Både glas og andre gjennomsiktige stoff har sin spesifikke vinkel som ljoset blir brote i. Denne kan målast og blir kalla stoffet sitt brytingsindeks. Ved å tilsetje andre stoffar til glaset, får ein fram glastyper med ulikt brytning. I den seinare tida er det utvikla tilsvarande plaststoff. Kunnskap om dette er viktig for utvikling av brilleglas som kan kompensere for fleire typar brytningsfeil på ein gong. Det same gjeld for kontaktlinser.

Meir komplisert er omrekningar og konstruksjon av linser til kamera, der regnbogekantar ikkje skal finnast. Dette blir ordna ved å bruke litt ulike glas- eller plasttypar. Ein interessant variant er fresnellinsa som består av eit linseskal som er delt opp slik at konstruksjonen blir flatast mogleg. Denne finn vi i flate forstørringsglass og i hovudfyrlykter der lysstrålen skal vere retta og smalast mogleg.

Frekvens, lyssnøggleik og bølgjelengd

Samanhengen mellom frekvensen, bølgelengda og lyssnøggleiken til lojset er gjeve ved formelen: $f = \frac {c}{\lambda}$

der:

$f$ er frekvensen til ljoset

$c$ er lyssnøggleiken

$\lambda$ (gresk bokstav lambda) er bølgjelengda

Brytning ved bølgjerørsle

Brytingslovene kan utleiast som ein eigenskap ved all bølgjerørsle (bølgjer på ein streng, lydbølgjer, radiobølgjer osv.) Snøggleiken til bølgja er avhengig av mediet sine eigenskapar (elastisitet, massetettleik, spenning, trykk, permittivitet m.m.). Når ein serie av bølgje (eit bølgjetog) treff eit medium med andre eigenskapar vil ein del av bølgjeenergien reflekterast som eit bølgetog med uendra bølgjesnøggleik og bølgjelengd. Resten av bølgjeenergien vil transporterast vidare som eit bølgjetog med ein annan bølgjesnøggleik (endrast frå vi til vb), og dermed ei anna bølgjelengd. Bølgjetoget skiftar dermed retning. Den relative brytingsindeksen for to gjevne medium er lik det omvendte forholdet mellom bølgjesnøggleiken i dei to media (vb / vi).

Sjå òg

• Snells brytingslov

Kjelder

• Denne artikkelen bygger på «Lysbrytning» frå Wikipedia på bokmål, den 12. juli 2012.