Lysbrytning

Svaret på det er at lysfarten forandrer seg fra luft til vann. I luft er farten omtrent 300 000 km/s, mens den i vann er omtrent ¾ av dette. Denne oppbremsingen gjør at lyset skifter retning. Det samme skjer når lys går fra luft til glass, siden lys går enda saktere i glass.

Hvis du har erfaring fra marsjering, for eksempel i musikkorps, vet du at trikset for å få korpset til å svinge er at de i innersvingen går med veldig korte skritt, mens de i yttersvingen tar lange skritt. Da svinger hele korpset.

Dette er i prinsippet det samme som skjer med lysstrålen når den kommer skrått inn mot vann- eller glassoverflaten som i figuren under. Dette fenomenet kalles brytning. Hvis vi tenker oss lys som bølger, og vi tegner bølgetoppene som rette linjer (det vil si at det er 1 bølgelengde λ mellom hver linje), kan vi illustrere det som i figuren under:

Når en lysstråle møter en overflate av et stoff, for eksempel vann eller glass, får vi både refleksjon og brytning. Refleksjon er greit, da vet vi at refleksjonsvinkelen blir like stor som innfallsvinkelen. Brytningsvinkelen er mer komplisert. Den bestemmes av lysfarten i stoffet. Vi skal ikke gå inn på hvordan den beregnes, men her ser du en simulering som viser hva som skjer med lysstrålen når du endrer vinkelen som strålen kommer inn mot overflata med:

Merk deg spesielt hva som skjer med den grønne strålen. Her sendes lyset fra vannet opp mot overflata mot luft. Da vil vinkelen som lyset går ut i lufta med, være større enn hva den var i vann. Og siden lyset ikke kan gå ut med en større vinkel enn 90°, kommer vi til en situasjon der ikke noe lys slippes ut i luft. Alt reflekteres tilbake. Dette kalles totalrefleksjon og er grunnen til at det er mulig å sende lys gjennom optiske fibre.

Prøv selv i forsøket Laserlys i vannstråle, som du finner nederst på siden.

Du har sikkert sett at hvitt lys kan splittes opp i ulike farger, for eksempel i glassprismer, oljesøl og ikke minst i vanndråper som regnbue. Hvitt lys består av lys i flere farger med ulik bølgelengde som brytes forskjellig. I tomt rom går lys med alle bølgelengder like fort, men i andre materialer er ikke dette tilfellet. Her vil bølgefarten avta når bølgelengden blir kortere.

I det synlige spekteret har fiolett lys kortest bølgelengde og vil brytes mest, mens rødt lys har lengst bølgelengde og brytes minst. Dette skjer for eksempel når hvitt lys passerer gjennom regndråper. Når forholdene er riktige, kan vi se en regnbue der rødt lys er minst brutt, og derfor ytterst, mens fiolett og blått lys er mest brutt, og derfor innerst. Figuren viser hva som skjer inne i regndråpen.