Brechung (Physik)
Die Refraktion ist die Richtungsänderung einer Welle, die durch die Änderung der Geschwindigkeit der Welle verursacht wird. Beispiele für Wellen sind Schallwellen und Lichtwellen. Die Refraktion tritt am häufigsten auf, wenn eine Welle von einem transparenten Medium in ein anderes transparentes Medium übergeht. Zu den verschiedenen Arten von Medien gehören Luft und Wasser.
Wenn eine Welle von einem transparenten Medium in ein anderes transparentes Medium übergeht, ändert die Welle ihre Geschwindigkeit und ihre Richtung. Wenn sich beispielsweise eine Lichtwelle durch Luft bewegt und dann in Wasser übergeht, wird die Welle langsamer und ändert ihre Richtung.
Wenn Licht in ein dichteres Medium eintritt, wird sich der Lichtstrahl in Richtung des Normalen "beugen". Wenn er in das weniger dichte Medium (mit einem niedrigeren Brechungsindex) zurückkehrt, wird er sich um den gleichen Winkel wie beim Eintritt zurückbiegen (wenn die Oberfläche am Austritt parallel zur Oberfläche am Eintritt ist).
Ein Beispiel dafür, wie Refraktion funktioniert, ist das Einlegen eines Strohhalms in eine Tasse Wasser, wobei ein Teil des Strohhalms im Wasser liegt. Wenn man einen bestimmten Winkel betrachtet, scheint sich das Stroh an der Wasseroberfläche zu biegen. Dies ist auf die Änderung der Dichte des Mediums und damit auf die Biegung der Lichtstrahlen zurückzuführen, wenn sie sich von der Luft zum Wasser bewegen.
Eine gute und einfache Art und Weise zu verstehen, wie Licht funktioniert, ist, es sich wie ein Auto vorzustellen. Wenn das Auto in einem Winkel auf die Kiesoberfläche (das ist das Medium) auftrifft, wird der Reifen, der zuerst auftrifft, langsamer, wodurch er sich in diese Richtung dreht. Wenn Licht also rechts auf ein Medium mit einem größeren Brechungsindex trifft, wird es sich nach rechts biegen. Das Ausmaß der Biegung ist durch das Snell'sche Gesetz gegeben. Linsen arbeiten durch Brechung.
Wenn Licht in einem Prisma gebrochen wird, spaltet es sich in die Farben des Regenbogens auf, weil sich einige Wellenlängen stärker biegen als andere.
In der Optik ist der Brechungsindex oder Brechungsindex n einer Substanz eine dimensionslose Zahl, die beschreibt, wie Licht oder andere Strahlung durch dieses Medium hindurchgeht. Sie ist definiert als
n = c v , {\displaystyle n={\frac {\mathrm {c} }{v}},} 
wobei c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und v die Phasengeschwindigkeit des Lichts im Medium ist. Das Snell'sche Gesetz verwendet Brechungsindizes zur Berechnung der Brechungsmenge.
Ein Lichtstrahl, der in einem Plastikblock gebrochen wird.
Bei Betrachtung in einem bestimmten Winkel scheint sich der Strohhalm aufgrund der Lichtbrechung zu biegen, wenn er in die Luft gelangt.
Diagramm der Brechung
Fragen und Antworten
F: Was ist Brechung?
A: Brechung ist die Richtungsänderung einer Welle, die durch die Änderung der Wellengeschwindigkeit verursacht wird. Beispiele für Wellen sind Schallwellen und Lichtwellen. Die Brechung wird am häufigsten beobachtet, wenn eine Welle von einem transparenten Medium in ein anderes transparentes Medium übergeht.
F: Wie funktioniert die Brechung?
A: Wenn eine Welle von einem transparenten Medium in ein anderes transparentes Medium übergeht, ändert die Welle ihre Geschwindigkeit und ihre Richtung. Wenn zum Beispiel eine Lichtwelle durch die Luft läuft und dann ins Wasser gelangt, wird die Welle langsamer und ändert ihre Richtung. Wenn das Licht durch ein Medium übertragen wird, findet eine Polarisierung der Elektronen statt, die wiederum die Geschwindigkeit des Lichts verringert und somit die Richtung des Lichts ändert. Wenn Licht in ein dichteres Medium eindringt, wird der Lichtstrahl in Richtung der Normale 'gebogen'. Wenn er in das weniger dichte Medium (mit einem niedrigeren Brechungsindex) zurückkehrt, wird er um denselben Winkel zurückgebogen wie beim Eintritt (wenn die Oberfläche beim Austritt parallel zur Oberfläche beim Eintritt ist).
F: Welche Beispiele gibt es für die Funktionsweise der Brechung?
A: Ein Beispiel für die Brechung ist ein Strohhalm, den Sie in eine Tasse mit Wasser halten, wobei ein Teil des Strohhalms im Wasser liegt. Wenn Sie den Strohhalm aus einem bestimmten Winkel betrachten, scheint sich der Strohhalm an der Wasseroberfläche zu krümmen, da sich die Dichte von Luft und Wasser ändert und die Lichtstrahlen auf ihrem Weg von einem Medium zum anderen gebeugt werden. Ein weiteres Beispiel sind Linsen, die durch Brechung funktionieren. Wenn sich das Licht in einem Prisma bricht, teilt es sich in Farben auf, weil sich einige Wellenlängen aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Medien, die für jede Wellenlänge ein unterschiedliches Maß an Biegung verursachen, stärker biegen als andere.
F: Was ist ein optischer Index oder Brechungsindex?
A: In der Optik beschreibt ein optischer Index oder Brechungsindex n, wie sich Strahlung wie Licht durch eine bestimmte Substanz oder ein Material bewegt. Er kann als n = c/v definiert werden, wobei c für die Geschwindigkeit des Lichts im Vakuum und v für die Phasengeschwindigkeit des Lichts in einem bestimmten Material oder Stoff steht.
Q:Welches Gesetz verwendet optische Indizes?
A:Das Snellsche Gesetz verwendet optische Indizes oder Indizes zur Berechnung der Lichtbrechung.
