Varför bryts ljuset?

[Linmajon]

En fundamental fotofråga till er som kan det mesta...varför bryts ljuset i glas?
Jaja, jag vet redan att ljuset går "långsammare" i glas men att att anledningen är egentligen en fördröjning till följd av växelverkan mellan fotonerna och atomernas elektronmoln, men varför ändras riktningen, och i förutbestämd vinkel dessutom??
Jättekonstigt..

 

[mohei]

http://www.laserphysics.kth.se/courses/optkom/kapitel2.pdf

Läs avsnittet om Brytning på första bladet.
Det handlar om att transparenta material har olika värden på brytningsindex.

http://susning.nu/Brytningsindex
http://sv.wikipedia.org/wiki/Brytningsindex

http://www.mna.hkr.se/fysik/resurser/physlets/Optik/lins_brytningsindex.htm

 

[Nome Nescio]

Om man är på det klara med att ljus går långsammare i olika medium samt att ljusets hastighet är absolut. Så är kortaste vägen från A -> B inte alltid den rakaste. Ljus bryts så att vägen blir den snabbaste.

Det är alltså ganska enkelt att räkna ut hur ljus bryts om man känner till hastigheten för ljus i respektive medium.

 

[anw]

Det här är egentligne ingen förklaring men....

Den väg som ljuset, medelst brytning, tar mellan två punkter är den snabbaste vägen mellan punkterna. Jepp.

Fast det är ju ingen förklaring så detta ver ju ett meningslöst inlägg från min sida.

 

[Linmajon]

Jajaja...men exakt fysikaliskt VARFÖR ändrar fotonerna riktning, och så förutsägbart dessutom??
Dokumenten som det hänvisas till ovan säger inte ett ord om fenomenet. Kanske ännu ingen vet precis varför?

 

[mohei]

http://www.kunskapsbanken.su.se/VisaFraga.asp?Index=10750

 

[Linmajon]

mohei skrev:
http://www.kunskapsbanken.su.se/VisaFraga.asp?Index=10750

Det är bra! Nu börjar det likna nåt...ska läsa nu.

 

[millimeter]

Linmajon skrev:
Jajaja...men exakt fysikaliskt VARFÖR ändrar fotonerna riktning, och så förutsägbart dessutom??
Dokumenten som det hänvisas till ovan säger inte ett ord om fenomenet. Kanske ännu ingen vet precis varför?

"At the microscale an electromagnetic wave is slowed in a material because the electric field creates a disturbance in the charges of each atom (primarily the electrons) proportional to the permittivity. This oscillation of charges itself causes the radiation of an electromagnetic wave that is slightly out-of-phase with the original. The sum of the two waves creates a wave with the same frequency but shorter wavelength than the original, leading to a slowing in the wave's travel."

från http://www.reference.com/browse/wiki/Refractive_index

Fast det förklarar iofs inte så bra varför en viss riktningsförändring sker, men på http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/geoopt/refr.html#c1 finns en pedagogisk bild

Det finns ju den där liknelsen om soldater på led som marscherar snett in i ett träsk. De soldater som först når träsket saktar in, och för att hålla ledet rakt måste då marschriktningen ändras. Solklart

 

[Nome Nescio]

Det är just tiden för fotonernas resa som är avgörande.

Ljus tar alltid den snabbaste vägen. Och om man kan minimera tiden i det långsammare materialet genom att ta en liten omväg i det snabbare så vinner man tid på detta. Därför bryts ljuset.

Rita på att papper en vertikal linje. Sätt en punkt högt resp lågt på varje sida.

Ange ljushastigheten till 1 för ena sidan och 0.5 för andra. Rita lite olika vägval och se vilken som ger kortast färdtid.

Tid = avstånd/hastighet. Anvnd linjal som avståndsmätare.

 

[sMitternacht]

Linmajon skrev:
Jajaja...men exakt fysikaliskt VARFÖR ändrar fotonerna riktning, och så förutsägbart dessutom??
Dokumenten som det hänvisas till ovan säger inte ett ord om fenomenet. Kanske ännu ingen vet precis varför?

När det gäller det här fenomenet är det inte så vettigt att se fotonerna som rena partiklar. Deras vågegenskaper blir viktigare vid brytningsfenomen.

När vågor kommer in snett mot en strand kommer de att delvis byta riktning när djupet förändras, eftersom då förändras vågens utbredningshastighet, på samma sätt som när ljusvågor möter ett medium med annan ljushastighet. Det som händer mer specifikt är att vågorna släcker utvarandra på vissa ställen och förstärker varandra på andra så att det effektivt blir så att vågtopparna rör sig i en annan riktning.

Jag vet inte om jag kan beskriva det tydligt enbart i ord (utan bilder) men det finns andra sätt att beskriva det på: Vid gränsskiktet är vågorna kontinuerliga, dvs om man drar linjer som representerar vågtopparna på båda sidor om gränsen så måste linjerna mötas vid gränsen. Detta betyder att avstånden mellan vågtopparna längs gränsen måste vara konstant och väldefinierat. På den sidan av gränsen där vågen rör sig långsammare kommer det kortaste avstånden mellan vågtopparna att ligga tätare än på andra sidan. Det enda sättet att få ihop detta är att ha olika riktning på linjerna på respektive sida om gränsen. Vågens rörelseriktning är vinkelrät mot vågtopparna och drar man rörelseriktningslinjer får man ljusstrålens färdriktning.

Ett mer specifikt svar på frågan om fysikaliska processer:
Kvantmekaniken som mer detaljerat beskriver fotoners växelverkan med elektroner har mycket gemensamt med vanlig enkel vågmekanik, så det är verkligen utsläckning och förstärkning (eller konstruktiv och destruktiv interferens) som orsakar brytningen. Sen är det möjligt att komma fram till hur ljus beter sig på mer än ett sätt, t.ex. genom att minimera sträckan som det färdas som nämnts ovan. Det finns ingen enkel förklaring som att elektronerna skulle putta på eller dra i fotonerna i nån viss riktning. Det handlar verkligen om vågfenomen, det är därför som personer som Christian Huygens redan på 1600-talet skunde sluta sig till att ljuset måste vara en våg (eller kunna beskrivas som en våg iaf).

 

[sMitternacht]

millimeter skrev:
"At the microscale an electromagnetic wave is slowed in a material because the electric field creates a disturbance in the charges of each atom (primarily the electrons) proportional to the permittivity. This oscillation of charges itself causes the radiation of an electromagnetic wave that is slightly out-of-phase with the original. The sum of the two waves creates a wave with the same frequency but shorter wavelength than the original, leading to a slowing in the wave's travel."

Det var visst nån som hann före mig . Det var det här jag menade med att det verkligen är ett vågfenomen. Våglängdsförändringen och riktningsändringen beror verkligen på interferens, även om det inte är helt okomplicerat om man ska gå in på detaljerna.

 

[lehndal]

Lite att bita i..

Den som vill komma närmare svaret på den ursprungliga frågan kan förslagsvis läsa "QED: The Strange Theory of Light and Matter" av Richard Feynman. Boken finns i ständiga nyutgåvor och är en fröjd att läsa.

Med den boken som utgångspunkt kan man sedan stappla vidare i kvantfysikens utkanter...

 

[anw]

Re: Det är just tiden för fotonernas resa som är avgörande.

Nome Nescio skrev:
Ljus tar alltid den snabbaste vägen. Och om man kan minimera tiden i det långsammare materialet genom att ta en liten omväg i det snabbare så vinner man tid på detta. Därför bryts ljuset.

Rita på att papper en vertikal linje. Sätt en punkt högt resp lågt på varje sida.

Ange ljushastigheten till 1 för ena sidan och 0.5 för andra. Rita lite olika vägval och se vilken som ger kortast färdtid.

Tid = avstånd/hastighet. Anvnd linjal som avståndsmätare.

Jag skrev samma sak innan. Och om du läser frågeställningen så ser du att det inte är ett bra svar. "Snabbaste vägen" är precis som "minsta verkan" en lösningsmetod och inte ett bra svar på frågan VARFÖR.

 

[Johannes-S]

Det mesta som är värt att säga på den här nivån har sagts. För den som är intresserad av att veta mer kan jag rekommendera en liten bok som heter QED av nobelpristagaren i fysik Richard Feynman:

http://www.adlibris.se/product.aspx?isbn=0691125759&s=1

Den är skriven på en avancerad populärvetenskaplig nivå så vem som helst kan i princip ta till sig den. QED = Quantum Electro-Dynamics, kvantelektrodynamik, är den moderna fysikaliska teori som beskriver ljus.

Johannes

Edit: Hans-Erik hann före...

 

[Nome Nescio]

Snabbaste vägen beskriver brytningen väldigt exakt, för det var en av frågorna.
Förutsättningen är att man accepterar att ljuset går olika fort i olika medium. Det är nog något som majoriteten här på fotosidan måste acceptera eftersom grundkunskaperna för att kunna förstå sambandet är ofta mer omfattande än vad normala personer orkar sätta sig in i. Det intressanta med fysiken är att för varje fråga som besvaras så uppstår ofta ett gäng nya frågor. Tillslut så måste man acceptera postulat eller ansatser eftersom allt inte går att bevisa.

 

[Benganbus]

Linmajon skrev:
En fundamental fotofråga till er som kan det mesta...varför bryts ljuset i glas?
Jaja, jag vet redan att ljuset går "långsammare" i glas men att att anledningen är egentligen en fördröjning till följd av växelverkan mellan fotonerna och atomernas elektronmoln, men varför ändras riktningen, och i förutbestämd vinkel dessutom??
Jättekonstigt..

Lättja!
Ljuset vill gå en kortare väg!

 

[anw]

Nome Nescio skrev:
Snabbaste vägen beskriver brytningen väldigt exakt, för det var en av frågorna.

Vill inte vara otrevlig men....nej. Men skit samma.

 

[elohim]

Totala svaret är ju energibesparing.

Slapphet är naturens rätta jag..

 

[Galaxens President]

Johannes-S skrev:
... QED = Quantum Electro-Dynamics, kvantelektrodynamik, är den moderna fysikaliska teori som beskriver ljus....

Det var en fyndig titel QED=quod erat demonstrandum. Jag ser fram emot en rigorös teori som är populärvetenskapligt lättförståelig .

Boken är dock tillfälligt slut på AdLibris, attans.

 

[millimeter]

Galaxens President skrev:
Det var en fyndig titel QED=quod erat demonstrandum. Jag ser fram emot en rigorös teori som är populärvetenskapligt lättförståelig .

Boken är dock tillfälligt slut på AdLibris, attans.

Haha, det finns även MACHOS och WIMPS i fysiken. En WIMP är en weakly interacting massive particle vad nu det är..

Janna Levin skrev något i sin bok "Hur universum fick sina fläckar" halvt på skoj om att många förkortningar i fysiken bara är uttryck för manliga fåfängor, och det kanske ligger något i det.