Warum führt die Änderung der Geschwindigkeit einer Welle zu einer Brechung?

Wenn eine Lichtwelle in ein Medium mit höherem Brechungsindex eintritt (z. B. von Luft zu Standardglas) und ihre Geschwindigkeit abnimmt, warum wird sie dann gebrochen/gebogen?

Ich verstehe, dass die Wellenlänge abnimmt und die Frequenz gleich bleibt und daher ihre Geschwindigkeit abnimmt, aber ich kann nirgendwo finden, warum die Abnahme der Geschwindigkeit dazu führt, dass die Welle gebrochen wird. Also könnte das bitte jemand erklären?

Antworten (4)

Die Welle wird nur gebrochen, wenn sie schräg in das Medium eintritt. Folgen Sie einem einzelnen Wellenberg; Wenn die Welle in einem Winkel in das Medium eintritt, tritt ein Teil des Wellenbergs zuerst in das Medium ein und beginnt sich zu verlangsamen, während der andere Teil des Wellenbergs immer noch schnell läuft, und daher muss sich der Wellenberg biegen. Trifft die Welle rechtwinklig ein, so wird der gesamte Wellenberg gleichzeitig abgebremst und es findet keine Brechung statt.

Hilfreiches Bild zur Veranschaulichung

Haben Sie eine Abbildung, die veranschaulicht, was Sie hier sagen? Das macht es viel einfacher zu verstehen.
Danke, das ist ziemlich verständlich, aber warum MUSS sich der Wellenberg biegen, nur weil er vor dem anderen Teil des Wellenbergs langsamer wird?
Nur so kann sich das Wellenkammsegment innerhalb des Mediums langsam bewegen, das Wellenkammsegment außerhalb des Mediums schnell bewegen, während sich die beiden Segmente treffen. Wenn der langsame Wellenberg nicht gebogen wird, öffnet sich zwischen ihnen eine große Lücke.
oh ja natürlich haha

Es gibt mehrere Möglichkeiten, es zu betrachten. Nach dem, was Sie haben, ist es am einfachsten, es als vom Fermat-Prinzip abgeleitet zu verstehen :

Der Weg, den ein Lichtstrahl zwischen zwei Punkten nimmt, ist der Weg, der in kürzester Zeit zurückgelegt werden kann

Da sich Licht im Medium mit höherem Brechungsindex langsamer ausbreitet (wie Sie sagten), wird sein Verlauf so sein, dass es in diesem Medium eine geringere Strecke zurücklegt als in dem anderen. Dafür gibt es eine häufig verwendete Analogie ( anscheinend von Feynman ):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Retter will den Ertrinkenden so schnell wie möglich erreichen. Da er schneller läuft als schwimmt, nimmt er keinen geraden Weg, aber sein optimaler Weg folgt dem Gesetz von Snell .

Das ist eine ziemlich coole und gute Analogie! Nie zuvor gesehen
+1 für diese Analogie. Ich habe es noch nie gehört, ist es in seinen Vorlesungen? Ich kann den Link nicht auf meinem Telefon rendern, aber ich werde ihn verwenden, wenn ich dieses Einführungsmaterial das nächste Mal präsentiere!
Sie haben gerade das Gesetz in anderen Begriffen neu formuliert. Warum wählt die Lichtwelle den Weg, den sie in kürzester Zeit zurücklegen kann? Sicherlich wollen Lichtwellen nicht so schnell wie möglich ihr Ziel erreichen. Sie gehen einfach hin und treffen etwas, oder sie tun es nicht.
Ich stimme @VilleLaurikari genau zu, man kann fragen, warum die Lichtwelle den Weg wählt, den sie in kürzester Zeit durchqueren kann? es ist keine intrinsische Annahme. Dies beantwortet die Frage nicht, sondern ändert sie nur in eine andere Frage
Wenn Sie nach einem experimentellen Beweis suchen, müssen Sie einen Sensor am Q-Punkt platzieren. Tatsächlich gibt es eine undefinierte Anzahl von Strahlen, die von P nach Q fortschreiten, aber der Sensor erkennt die stärkste = weniger absorbierte: folgt dem kürzesten Weg. Licht ist es nicht Denken, nicht Route wählen. Aber was ist die schnellste Route, wenn das Licht Q nicht erreichen kann?

Die Geschwindigkeitsänderung ist eine Verzögerung aufgrund einer Widerstandskraft wie Reibung. Photon ist ein Teilchen und erfährt bei seiner Bewegung im Medium einen Widerstand. Wenn der Strahl vertikal zur Oberfläche eintritt, wird er nicht abgelenkt und als "normal" bezeichnet. Der Strahl ist die lineare Umlaufbahn des Photons. Wenn das Photon in einem Winkel eintritt, wird die Widerstandskraft in zwei Komponenten analysiert: eine parallel und eine vertikal zur "Normalen". Die letzte drückt es in Richtung der "Normalen".

Die Tatsache, dass sich die Geschwindigkeit einer Lichtwelle auf einer Seite eines Lichtstrahls ein wenig ändert, bevor die Geschwindigkeitsänderung der Lichtwelle auf der anderen Seite eine Richtungsänderung des Lichts bewirkt, wenn die Lichtwelle unter einem Winkel einfällt.

Warum führt die Änderung der Geschwindigkeit einer Welle zu einer Brechung?
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