Brechung ist die Änderung in der Richtung einer Welle wegen einer Änderung in seiner Geschwindigkeit. Es ist im Wesentlichen ein Oberflächenphänomen. Das Phänomen ist hauptsächlich in der Regierungsgewalt zum Gesetz der Bewahrung der Energie und des Schwungs. Die richtige Erklärung würde darin bestehen, dass wegen der Änderung des Mediums die Phase-Geschwindigkeit der Welle geändert wird, aber seine Frequenz bleibt unveränderlich. Das wird meistens beobachtet, wenn eine Welle von einem Medium bis einen anderen in jedem Winkel außer 90 ° oder 0 ° geht. Die Brechung des Lichtes ist das meistens beobachtete Phänomen, aber jeder Typ der Welle kann brechen, wenn es mit einem Medium zum Beispiel aufeinander wirkt, wenn Schallwellen von einem Medium in einen anderen gehen, oder wenn Wasserwellen in Wasser einer verschiedenen Tiefe umziehen. Brechung wird durch das Gesetz von Snell beschrieben, das feststellt, dass für ein gegebenes Paar von Medien und einer Welle mit einer einzelnen Frequenz das Verhältnis der Sinus des Einfallswinkels θ und Winkel der Brechung θ zum Verhältnis von Phase-Geschwindigkeiten (v / v) in den zwei Medien, oder gleichwertig, zum entgegengesetzten Verhältnis der Indizes der Brechung (n / n) gleichwertig ist:

Im Allgemeinen wird die Ereignis-Welle teilweise gebrochen und teilweise widerspiegelt; die Details dieses Verhaltens werden durch die Gleichungen von Fresnel beschrieben.

Erklärung

In der Optik ist Brechung ein Phänomen, das häufig vorkommt, wenn Wellen von einem Medium mit einem gegebenen Brechungsindex zu einem Medium mit einem anderen in einem schiefen Winkel reisen. An der Grenze zwischen den Medien wird die Phase-Geschwindigkeit der Welle verändert, gewöhnlich eine Änderung in der Richtung verursachend. Seine Wellenlänge-Zunahmen oder Abnahmen, aber seine Frequenz bleiben unveränderlich. Zum Beispiel wird ein leichter Strahl brechen, wie er eingeht und Glas verlässt, annehmend, dass es eine Änderung im Brechungsindex gibt. Ein Strahl, der entlang dem normalen (Senkrechte zur Grenze) reist, wird Geschwindigkeit, aber nicht Richtung ändern. Brechung kommt noch in diesem Fall vor. Das Verstehen dieses Konzepts hat zur Erfindung von Linsen und dem brechenden Fernrohr geführt.

Brechung kann gesehen werden, wenn man in eine Schüssel mit Wasser blickt. Luft hat einen Brechungsindex von ungefähr 1.0003, und Wasser hat einen Brechungsindex von ungefähr 1.33. Wenn eine Person auf einen geraden Gegenstand schaut, wie ein Bleistift oder Stroh, das an einer Schräge teilweise im Wasser gelegt wird, scheint der Gegenstand, sich an der Oberfläche von Wasser zu biegen. Das ist wegen des Verbiegens von leichten Strahlen, als sie sich vom Wasser bis die Luft bewegen. Sobald die Strahlen das Auge erreichen, verfolgt das Auge sie zurück als Geraden (Gesichtslinien). Die Gesichtslinien (gezeigt als verflixte Linien) schneiden sich an einer höheren Position als, wo die wirklichen Strahlen entstanden sind. Das veranlasst den Bleistift, höher und das Wasser zu scheinen, um seichter zu scheinen, als es wirklich ist. Die Tiefe, dass das Wasser scheint, wenn angesehen, von oben zu sein, ist als die offenbare Tiefe bekannt. Das ist eine wichtige Rücksicht für spearfishing von der Oberfläche, weil es den Zielfisch wird scheinen lassen, in einem verschiedenen Platz zu sein, und der Fischer tiefer zum Ziel haben muss, den Fisch zu fangen.

Das Diagramm auf dem Recht zeigt ein Beispiel der Brechung in Wasserwellen. Kräuselungen reisen vom links und übertragen ein seichteres Gebiet, das in einem Winkel zum wavefront geneigt ist. Die Wellen reisen langsamer im seichteren Wasser, so die Wellenlänge-Abnahmen und die Welle-Kurven an der Grenze. Die punktierte Linie vertritt das normale zur Grenze. Die verflixte Linie vertritt die ursprüngliche Richtung der Wellen. Dieses Phänomen erklärt, warum Wellen auf einer Uferlinie dazu neigen, die Küste in der Nähe von einem rechtwinkligen Winkel zu schlagen. Als die Wellen von tiefem Wasser in seichteres Wasser in der Nähe von der Küste reisen, werden sie von ihrer ursprünglichen Richtung des Reisens zu einem zur Uferlinie normaleren Winkel gebrochen.

Brechung ist auch für Regenbogen und für das Aufspalten des weißen Lichtes in ein Regenbogen-Spektrum verantwortlich, weil es ein Glasprisma durchführt. Glas hat einen höheren Brechungsindex als Luft. Wenn ein Balken des weißen Lichtes von Luft in ein Material geht, das einen Index der Brechung hat, die sich mit der Frequenz, ein bekanntes Phänomen ändert, weil Streuung vorkommt, in dem verschiedene farbige Bestandteile des weißen Lichtes in verschiedenen Winkeln gebrochen werden, d. h. sie biegen sich durch verschiedene Beträge an der Schnittstelle, so dass sie getrennt werden. Die verschiedenen Farben entsprechen verschiedenen Frequenzen.

Während Brechung schöne Phänomene wie Regenbogen berücksichtigt, kann sie auch eigenartige optische Phänomene, wie Sinnestäuschungen und Luftspiegelung erzeugen. Diese werden durch die Änderung des Brechungsindexes von Luft mit der Temperatur verursacht.

Kürzlich sind einige metamaterials geschaffen worden, die einen negativen Brechungsindex haben.

Mit metamaterials können wir auch Gesamtbrechungsphänomene erhalten, wenn die Welle-Scheinwiderstände der zwei Medien verglichen werden. Es gibt dann keine widerspiegelte Welle.

Außerdem, da Brechung Gegenstände näher kann scheinen lassen, als sie sind, ist es dafür verantwortlich, Wasser zu erlauben, Gegenstände zu vergrößern. Erstens, weil Licht in einen Fall von Wasser eingeht, verlangsamt es sich. Wenn die Oberfläche von Wasser nicht flach ist, dann wird das Licht in einen neuen Pfad gebogen. Diese runde Gestalt wird das Licht nach außen biegen, und wie es sich ausbreitet, wird das Image, das Sie sehen, größer.

Eine nützliche Analogie im Erklären der Brechung des Lichtes würde sich ein marschierendes Band vorstellen sollen, als sie in einem schiefen Winkel von der Fahrbahn (ein schnelles Medium) in den Schlamm (ein langsameres Medium) marschieren. Die Demonstranten auf der Seite, die in den Schlamm zuerst gerät, werden sich zuerst verlangsamen. Das veranlasst das ganze Band, sich ein bisschen zum normalen zu drehen (machen Sie einen kleineren Winkel vom normalen).

Klinische Bedeutung

In der Medizin, besonders optometry, Augenheilkunde und orthoptics, ist Brechung (auch bekannt als refractometry) ein klinischer Test, in dem ein phoropter vom passenden Augensorge-Fachmann verwendet werden kann, um den Refraktionsfehler des Auges und die besten vorzuschreibenden Verbesserungslinsen zu bestimmen. Eine Reihe von Testlinsen in abgestuften optischen Mächten oder im Brennpunkt stehenden Längen wird präsentiert, um zu bestimmen, der die schärfste, klarste Vision zur Verfügung stellt.

Akustik

In der Unterwasserakustik ist Brechung das Verbiegen oder Kurven eines gesunden Strahls, der resultiert, wenn der Strahl einen gesunden Geschwindigkeitsanstieg von einem Gebiet einer gesunder Geschwindigkeit zu einem Gebiet einer verschiedenen Geschwindigkeit durchführt. Der Betrag des Strahl-Verbiegens ist auf den Betrag des Unterschieds zwischen gesunden Geschwindigkeiten, d. h. der Schwankung in der Temperatur, dem Salzgehalt und dem Druck des Wassers abhängig.

Ähnliche Akustik-Effekten werden auch in der Atmosphäre der Erde gefunden. Das Phänomen der Brechung des Tons in der Atmosphäre ist seit Jahrhunderten bekannt gewesen; jedoch, am Anfang der 1970er Jahre beginnend, ist die weit verbreitete Analyse dieser Wirkung in Mode durch das Entwerfen von städtischen Autobahnen und Lärmschutzwänden eingetreten, um die meteorologischen Effekten des Verbiegens von gesunden Strahlen in der niedrigeren Atmosphäre zu richten.

Galerie

Siehe auch

• Das Gesetz von Snell
• Grundsatz von Huygens-Fresnel
• Doppelbrechung (verdoppeln Brechung)
• Negative Brechung
• Liste von Indizes der Brechung
• Nachdenken
• Inneres Gesamtnachdenken

Links

• Javanische Illustration der Brechung
• Javanische Simulation der Brechung durch ein Prisma
• Nachdenken und Brechungen in der Strahlenaufzeichnung, einer einfachen, aber gründlichen Diskussion der Mathematik hinter der Brechung und dem Nachdenken.
• Blitz-Brechungssimulation - schließt Quelle ein, Erklären Brechung und das Gesetz von Snell.
• Zeichentrickfilme, die optische Brechung durch QED demonstrieren