Berast ljósgeislar í andrúmsloftinu til okkar eftir beinni línu eða geta þeir bognað?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Berast ljósgeislar í andrúmsloftinu til okkar eftir beinni línu eða geta þeir bognað?
Hraði ljósbylgna í lofti ræðst af þéttleika loftsins, fjölda sameinda á rúmmálseiningu. Þéttleikinn stjórnast svo af þrýstingi og hitastigi; vex með hækkandi þrýstingi og fallandi hitastigi. Hraðanum v er lýst með jöfnunni v=c/n, þar sem c er ljóshraðinn í lofttæmi og stærðin n er svokallaður ljósbrotsstuðull (e. index of refraction).

Við staðlaðar aðstæður í andrúmslofti (þrýstingur 1,0 bar og hitastig 0°C) er brotstuðull loftsins n=1,00030. Við tölum um einsleitt efni ef brotstuðullinn er sá sami alls staðar í efninu. Ljósgeislar fara eftir beinni línu í einsleitu efni. Þegar við horfum á eitthvert fyrirfæri í fjarska, nema augu okkar ljósgeisla sem hafa speglast/dreifst af fyrirbærinu. Augun nema styrk, lit og stefnu ljósgeislanna og heilinn les úr þessum merkjum. Hann túlkar stefnu ljósgeislanna að augunum sem upplýsingar um stefnu til fyrirmyndarinnar.

Með misleitu efni, þar sem brotstuðullinn breytist með staðsetningu í efninu, verður tilveran mun fjölbreyttari. Ljósgeislar svigna á ferð sinni um efnið. Mynd 1 sýnir hvernig grænn leisigeisli svignar í sykurlausn, þar sem sykurstyrkurinn dofnar með hæð í lausninni. Brotstuðull lausnarinnar lækkar með lækkandi sykurstyrk. Lengd kersins er 40 cm.

Til að nálgast skilning á hvað hér er á ferðinni skulum við skoða aðstæður á Segway-hjóli. Þar stendur reiðmaður á palli milli tveggja rafdrifinna hjóla, annað er á vinstri hönd og hitt á hægri hönd. Þegar bæði hjólin snúast jafn hratt, heldur farartækið beinni stefnu. En ef vinstra hjólið snýst hraðar en það hægra, sveigir farartækið til hægri. Sama gerist með ljósgeisla í misleitu efni. Geislinn hefur alltaf endanlega breidd, svo til hægðarauka skulum við tala um vinstri hluta og hægri hluta, sitt hvoru megin við miðju geislans. Ef vinstri hlutinn skynjar lægri brotstuðul en sá hægri, ferðast hann hraðar um efnið en hægri hlutinn. Þetta kallar á stefnubreytingu geislans. Hann svignar og leitar í átt að hærri brotstuðli og þar með lægri ljóshraða.

Svignun ljósgeisla í misleitu efni veldur hillingum í neðstu lögum andrúmsloftsins þegar hitastig breytist með hæð. Nánar er fjallað um hillingar í svari við spurningunni Hvað eru hillingar og eru til mismunandi tegundir af þeim?

Mynd:

• AÓ.

...