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Der Brewster-Winkel, benannt nach dem schottischen Physiker David Brewster, ist ein wichtiger Winkel bei der Untersuchung der Lichtbrechung. Wenn Licht auf eine Oberfläche wie ein Gewässer trifft, wird ein Teil des Lichts von der Oberfläche reflektiert, während ein Teil in diese eindringt. Das Licht, das eindringt, setzt sich jedoch nicht notwendigerweise in einer geraden Linie fort; Ein Phänomen, das als Brechung bekannt ist, verändert den Winkel, in dem sich das Licht bewegt. Sie können dies selbst sehen, indem Sie einen Strohhalm in einem Glas Wasser betrachten. Der Teil des Strohhalms, der über dem Wasser sichtbar ist, scheint nicht vollständig mit dem verbunden zu sein, was Sie im Wasser sehen. Das liegt daran, dass sich der Winkel des Lichts aufgrund der Lichtbrechung geändert hat und die Art und Weise, wie Ihre Augen das, was sie sehen, interpretieren.
Ab einem bestimmten Winkel wird die Lichtbrechung minimiert. Dies ist der Brewster-Winkel. Obwohl immer noch eine gewisse Brechung auftritt, ist diese geringer als die, die Sie in einem anderen Winkel sehen würden. Der genaue Winkel hängt zum Teil von der Substanz ab, in die das Licht eintritt, da verschiedene Substanzen unterschiedliche Brechungsbeträge verursachen, wenn Licht durch sie hindurchgeht. Glücklicherweise ist es möglich, den Brewster-Winkel in nahezu jeder Substanz mit ein wenig Trigonometrie zu berechnen.
Der Polarisationswinkel
Der Brewster-Winkel gibt den optimalen Polarisationsgrad an, der innerhalb des brechenden Materials auftreten kann. Dies bedeutet, dass Licht, das unter diesem bestimmten Winkel in ein Material eintritt, nicht in mehrere Richtungen gestreut wird (was die Brechung verursacht). Stattdessen bewegt sich das Licht auf einem einzigen Weg mit minimaler Streuung weiter. Sie können diesen Effekt sehen, wenn Sie eine polarisierte Sonnenbrille tragen. Die Linsen haben eine Beschichtung, die die Streuung verringert und einen polarisierten Effekt erzeugt, sodass Sie durch die Blendung auf der Wasseroberfläche und an anderen Stellen sehen können, an denen die Lichtstreuung das Sehen erschwert.
Da der Brewster-Winkel der optimale Polarisationswinkel für ein bestimmtes Material ist, wird er manchmal auch als "Polarisationswinkel" des Materials bezeichnet. Beide Begriffe bedeuten im Wesentlichen dasselbe. Machen Sie sich also keine Sorgen, wenn Sie sehen, dass eine Quelle auf einen der Begriffe verweist und eine andere Quelle die andere verwendet.
Brewsters Formula
Um den Brewsters-Winkel zu berechnen, müssen Sie eine trigonometrische Formel verwenden, die als Brewsters-Formel bezeichnet wird. Die Formel selbst wird mithilfe einer mathematischen Regel abgeleitet, die als Snells-Gesetz bekannt ist. Sie müssen jedoch nicht wissen, wie Sie die Formel selbst konstruieren müssen, um sie verwenden zu können. Verwenden θB Um den Brewsters-Winkel darzustellen, lautet die Gleichung für die Brewsters-Formel: θB = arctan (n2/n1). Hier ist eine Aufschlüsselung dessen, was dies bedeutet.
In unserer Formel θB Stellt den Winkel dar, der berechnet werden soll (Brewsters-Winkel). Der "Arktan", den Sie sehen, ist der Arktangens, der die Umkehrfunktion des Tangens ist. in einem Fall wo y = Bräune (X) wäre der Arkustangens X = arctan (y). Von dort haben wir n1 und n2. Beide geben den Brechungsindex der Materialien an, durch die das Licht läuft n1 als Ausgangsmaterial (wie Luft) und n2 Dies ist das zweite Material, das versucht, das Licht zu reflektieren oder zu streuen (z. B. Wasser). Sie müssen die Brechungsindizes nachschlagen, um die Berechnung durchzuführen (siehe Ressourcen).
Nachdem Sie die Indizes für Ihre Materialien nachgeschlagen haben, müssen Sie nur noch die Zahlen eingeben und Ihren Arkustangens berechnen. Vergiss das nicht n2 geht auf die Spitze Ihrer Fraktion! Am Beispiel von Luft und Wasser können Sie sehen, dass Luft einen Brechungsindex von etwa 1,00 und Wasser (bei ungefähr Raumtemperatur) einen Brechungsindex von 1,33 aufweist, wobei beide auf zwei Dezimalstellen gerundet sind. Wenn Sie sie in die Formel einfügen, erhalten Sie θB = Arctan (1,33 / 1,00) oder θB = Arctan (1,33). Sie können dies auf einem wissenschaftlichen Taschenrechner mit der Bräune berechnen-1 Funktioniert, wenn Sie keine eigene Arctan-Taste haben. das gibt uns θB = 0,9261 (auf vier Stellen gerundet) oder ein Winkel von 92,61 Grad.