Zawartość
Kąt Brewstera, nazwany na cześć szkockiego fizyka Davida Brewstera, jest ważnym kątem w badaniu załamania światła. Kiedy światło pada na powierzchnię, taką jak zbiornik wodny, część światła odbija się od powierzchni, a część wnika w nią. Jednak światło, które przenika, niekoniecznie musi przebiegać w linii prostej; zjawisko znane jako załamanie zmienia kąt, pod którym światło się przemieszcza. Możesz to zobaczyć na własne oczy, patrząc na słomkę w szklance wody; część słomy widoczna nad wodą nie wygląda na całkowicie połączoną z tym, co widzisz w wodzie. Dzieje się tak, ponieważ kąt światła zmienił się z powodu załamania światła, zmieniając sposób, w jaki twoje oczy interpretują to, co widzą.
Pod pewnym kątem załamanie światła jest zminimalizowane; to jest kąt Brewstera. Chociaż nadal występuje pewne załamanie, jest ono mniejsze niż to, co można zobaczyć pod innym kątem. Dokładny kąt zależy częściowo od substancji, do której wchodzi światło, ponieważ różne substancje powodują różne wartości refrakcji, gdy światło przechodzi przez nie. Na szczęście możliwe jest obliczenie kąta Brewstera dla dowolnej substancji po prostu przez zastosowanie odrobiny trygonometrii.
Kąt polaryzacji
Kąt Brewstera wskazuje optymalny poziom polaryzacji, który może wystąpić w materiale załamującym światło. Oznacza to, że światło wpadające do materiału pod tym określonym kątem nie rozprasza się w wielu kierunkach (co powoduje załamanie). Zamiast tego światło nadal przemieszcza się po jednej ścieżce przy minimalnym rozproszeniu. Możesz zobaczyć ten efekt podczas noszenia spolaryzowanych okularów przeciwsłonecznych; soczewki mają powłokę zaprojektowaną w celu zmniejszenia rozproszenia i stworzenia efektu spolaryzowanego, umożliwiając widzenie przez odblaski na powierzchni wody i innych miejscach, w których rozpraszanie światła utrudnia widzenie.
Ponieważ kąt Brewstera jest optymalnym kątem do polaryzacji w danym materiale, czasami można go również określić jako „kąt polaryzacji” materiału. Oba terminy zasadniczo oznaczają to samo, jednak nie martw się, jeśli zobaczysz, że jedno źródło odnosi się do jednego z warunków, a inne źródło używa drugiego.
Formuła Brewsters
Aby obliczyć kąt Brewstersa, musisz użyć wzoru trygonometrycznego znanego jako wzór Brewstersa. Sama formuła została wyprowadzona przy użyciu reguły matematycznej znanej jako prawo Snellsa, ale nie musisz wiedzieć, jak samodzielnie konstruować formułę, aby z niej korzystać. Za pomocą θb aby przedstawić kąt Brewstersa, równanie dla formuły Brewstersa jest następujące: θb = arctan (n2/n1). Oto podział tego, co to oznacza.
W naszej formule θb reprezentuje kąt, który próbowaliśmy obliczyć (kąt Brewstera). „Arktan”, który widzisz, to arcus tangens, który jest odwrotną funkcją stycznej; w przypadku, gdy y = tan (x), arcus tangens będzie x = arctan (y). Stamtąd mamy n1 i n2. Oba wskazują wskaźnik załamania światła materiałów, przez które podróżuje światło n1 będący materiałem wyjściowym (takim jak powietrze) i n2 będący drugim materiałem, który próbuje odbić lub rozproszyć światło (takie jak woda). Musisz wykonać wyszukiwanie współczynników załamania, aby wykonać obliczenia (patrz Zasoby).
Po przejrzeniu wskaźników dla swoich materiałów wystarczy podłączyć liczby i obliczyć arcus tangens. Nie zapominaj o tym n2 idzie na szczyt twojej frakcji! Korzystając z powietrza i wody jako przykładu, możesz zobaczyć, że powietrze ma współczynnik załamania światła około 1,00, a woda (w przybliżeniu w temperaturze pokojowej) ma współczynnik załamania światła 1,33, z obydwoma zaokrąglonymi do dwóch miejsc po przecinku. Umieszczając je w formule, otrzymujesz θb = arctan (1,33 / 1,00) lub θb = arctan (1,33). Możesz to obliczyć na kalkulatorze naukowym za pomocą opalenizny-1 funkcja, jeśli nie masz dedykowanego przycisku arctan; robienie tego daje nam θb = 0,9261 (w zaokrągleniu do czterech miejsc) lub kąt 92,61 stopnia.