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 w nią wnika. Jednak światło, które przenika, niekoniecznie musi być kontynuowane w linii prostej; zjawisko znane jako załamanie zmienia kąt, pod jakim rozchodzi się światło. Możesz to zobaczyć na własne oczy, patrząc na słomkę w szklance wody; część słomy widoczna nad wodą nie wygląda na w pełni połączoną z tym, co widzisz w wodzie. Dzieje się tak, ponieważ kąt padania światła zmienił się w wyniku załamania, 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 każdym innym kątem. Dokładny kąt zależy częściowo od substancji, do której wpada światło, ponieważ różne substancje powodują różne poziomy załamania światła, gdy przechodzi przez nie światło. Na szczęście możliwe jest obliczenie kąta Brewstera w niemal każdej substancji, po prostu stosując odrobinę trygonometrii.
Kąt polaryzacji
Kąt Brewstera wskazuje optymalny poziom polaryzacji, który może wystąpić w materiale załamującym. Oznacza to, że światło wpadające do materiału pod tym kątem nie rozprasza się w wielu kierunkach (co powoduje załamanie światła). Zamiast tego światło kontynuuje podróż po jednej ścieżce z minimalną rozpraszanie. Możesz zobaczyć ten efekt podczas noszenia spolaryzowanych okularów przeciwsłonecznych; soczewki mają powłokę zaprojektowaną w celu zmniejszenia rozpraszania i uzyskania efektu polaryzacji, co pozwala przejrzeć blask na powierzchni wody i inne miejsca, w których rozpraszanie światła utrudnia dostrzeżenie widzieć.
Ponieważ kąt Brewstera jest optymalnym kątem polaryzacji w danym materiale, czasami będzie to określane również jako „kąt polaryzacji” materiału. Oba terminy zasadniczo oznaczają to samo, więc nie martw się, jeśli zobaczysz, że jedno źródło odwołuje się do jednego z terminów, a inne źródło używa drugiego.
Formuła Brewstera
Aby obliczyć kąt Brewstera, musisz użyć wzoru trygonometrycznego znanego jako wzór Brewstera. Sama formuła jest wyprowadzana przy użyciu reguły matematycznej znanej jako prawo Snella, ale nie musisz wiedzieć, jak samodzielnie skonstruować formułę, aby z niej skorzystać. Za pomocąθb aby przedstawić kąt Brewstera, równanie dla wzoru Brewstera to:
\theta_B=\arctan{\frac{n_2}{n_1}}
Oto podział tego, co to oznacza.
W naszej formuleθb reprezentuje kąt, który próbujemy obliczyć (kąt Brewstera). Arctan, który widzisz, to arcus tangens, który jest odwrotną funkcją tangensa; w przypadku, gdytak= opalenizna(x), arcus tangens byłbyx= arctan(tak). Stamtąd mamynie1 inie2. Wskazują one na współczynnik załamania światła materiałów, przez które przechodzi światło, przy czymnie1 będąc materiałem wyjściowym (takim jak powietrze) inie2 będąc drugim materiałem, który próbuje odbijać lub rozpraszać światło (takim jak woda). Aby wykonać obliczenia, musisz sprawdzić współczynniki załamania światła (patrz Zasoby).
Po sprawdzeniu indeksów materiałów wystarczy podłączyć liczby i obliczyć arcus tangens. Nie zapomnij o tymnie2 trafia na szczyt Twojej frakcji! Na przykładzie powietrza i wody można zauważyć, że powietrze ma współczynnik załamania światła około 1,00, a woda (w przybliżeniu w temperaturze pokojowej) ma współczynnik załamania światła 1,33, z zaokrągleniem do dwóch miejsc po przecinku zwrotnica. Umieszczając je w formule otrzymujesz:
\theta_B=\arctan{\frac{1.33}{1.00}}=0.9261\text{ radiany}
Możesz to obliczyć na kalkulatorze naukowym za pomocą tan-1 funkcja, jeśli nie masz dedykowanego przycisku arctan; robienie tego daje namθb = 0,9261 radianów (w zaokrągleniu do czterech miejsc) lub kąt 53,06 stopnia.