Ljus bryts

När ljus passerar från ett medium (=material) till ett annat ändras ljusets hastighet. Ljus kan tolkas som små partiklar som rör sig genom rymden. Om partiklarna stöter på mer motstånd så kommer hastigheten att sjunka. Om partiklarna stöter på mindre motstånd ökar hastigheten. Den hastighet vi tidigare beskrivit, 300 000 km/s, är ljusets hastighet i vakuum. I vakuum finns det inga partiklar alls, så ljuset rör sig som allra snabbast i vakuum.

När ljus ändrar hastighet kommer ljusets väg att ändras. När detta sker kallas det för att ljuset bryts.

Vilket håll ljuset bryts åt beror på om ljuset rör sig från ett tätare till ett tunnare medium, eller tvärt om. På samma gång reflekteras också en del av ljuset.

Om ljus rör sig från luft till vatten så kommer det från ett tunnare till ett tätare medium. Då går ljuset långsammare, och man kan tänka sig att ljuset tar den snabbaste vägen det kan genom vattnet. Vinkeln mellan den röda linjen och den streckade normalen kallas för infallsvinkel (precis som för speglarna), medan vinkeln mellan den gröna linjen och normalen kallas för brytningsvinkel. Här ser du två bilder, en då ljus går från ett tunnare till ett tätare medium, och ett när ljus går från ett tätare till ett tunnare medium. Lägg märke till storleksskillnaden på de gröna vinklarna.

När ljus går från ett tunnare till ett
tätare ämne är brytningsvinkeln mindre
än infallsvinkeln.

När ljus går från ett tätare till ett tunnare
ämne är brytningsvinkeln större
än infallsvinkeln. 

Som ni ser i bilden till höger så bryts ljuset uppåt, tillbaka mot det ämne det kommer ifrån. Om skillnaden mellan ämnena är tillräckligt stor så kommer inte ljuset alls att ta sig in i det andra ämnet. Då sker vad vi kallar en totalreflektion. Plötsligt beter sig ämnena som en spegel, och allt ljus reflekteras. Detta kan vi utnyttja i ex. fiberoptik. Fiberoptik innebär att vi skickar ljus i en tunn glastråd. Ljuset studsar inuti glastråden, för varje gång ljuset skulle passera ut ur glastråden, till luften runt omkring, så sker en totalreflektion. 

Uppgifter:

1. Ge exempel på ett scenario när ljus färdas från ett tunnare till ett tätare medium?

2. Rita en bild av en ljusstråle som går från vatten till luft. Rita in infallsvinkeln och brytningsvinkeln.

3. För att mäta ett ämnes förmåga att bryta ljuset pratar vi om ämnets brytningsindex. Ta reda på vilket av ämnena glas eller vatten som har större brytningsindex.

4. Fiberoptik har revolutionerat våra möjligheter till en snabb internetuppkoppling. Vilka fördelar har fiberoptik, jämfört med traditionella uppkopplingar?