Brytning. 1) Fys. Den väg, som ljuset passerar från en lysande kropp till ögat, kallas ljusstråle. Har det genomskinliga ämne (luft, glas, vatten), hvari ljuset går, samma täthet öfverallt, så blir ljusets väg, eller strålen, en rät linie. Nödgas åter ljuset, för att träffa ögat, genomgå efter hvartannat två eller flere ämnen af olika täthet, så blir visserligen strålen rätlinig inom hvart och ett af dessa ämnen; men vid öfvergången från det ena till det andra ändrar sig dess riktning plötsligt, hvarigenom vägen mellan ljuskällan och ögat kommer att utgöras af en bruten linie, d. v. s. en följd af räta linier med sins emellan olika riktningar. Den riktningsförändring strålen undergår vid öfvergången från ett genomskinligt ämne till ett annat kallar man brytning l. refraktion. Endast då eger ingen brytning rum, när strålen infaller vinkelrätt mot begränsningsytan mellan de bägge ämnena. Till följd af ljusbrytningen synas i vatten nedsänkta föremål ligga närmare ytan, än de i sjelfva verket äro. Lägger man en slant på bottnen af ett kärl och håller ögat så, att slanten nätt och jämt bortskymmes af kärlets kant, så blir han åter synlig, när kärlet fylles med vatten. Ett ämbar synes vara mindre djupt, när det är fyldt med vatten, än när det är tomt. Man underskattar lätt det djup, på hvilket man ser en fisk simma. Den nedsänkte delen af årbladet synes ej ligga i förlängningen af det ofvan vattnet befintliga stycket af åran. Alla dessa fenomen äro enkla följder af ljusets brytning vid öfvergången mellan vatten och luft.
Fig. 1. Låt i fig. 1 AB föreställa det plan, som skiljer två genomskinligamedia, t. ex. luft och vatten, af hvika det förra, som är tunnare, tankes ligga ofvanför AB, och det senare, som är tätare, under detta plan. Låt vidare DC föreställa en ljusstråle, som infaller snedt mot begränsningsytan och träffar denna i punkten C, och CF en från punkten C dragen
vinkelrät linie mot AB, så kallas DC den infallande strålen, C infallspunkten, CF infallslodet eller normalen och vinkeln i infallsvinkeln. Brytes nu ljuset vid passagen genom AB så, att strålen sammanfaller med CE, hvilken linie med normalens förlängning, CG, gör vinkeln r, så kallas CE den brutne strålen och r brytningsvinkeln. Emellan två ämnen eger alltid det motsvarighets-förhållandet rum, att -- om vid ljusets öfvergång från det tunnare till det tätare, vägen DCE beskrifves -- ljus, som från det tätare till det tunnare sändes utefter EC, kommer att brytas så, att det utgår utefter CD. Deraf följer ock, att brytningsvinkeln, som i det förra fallet är mindre än infallsvinkeln, i det senare blifver större än densamma.
Ändrar man storleken af infallsvinkeln, d. v. s. om man låter den infallande strålen göra en större eller mindre vinkel med normalen, så ändras äfven brytningsvinkeln, och det så, att dessa vinklar samtidigt tillväxa och samtidigt aftaga -- dock icke i samma proportion. De från en ljuspunkt S (se fig. 2) utgående strålarna träffa begränsningsytan AB i punkterna C1, C2, C3 och Fig. 2. gå derifrån i riktningarna C1D1, C2D2 o. C3D3. Emellan en infallsvinkel, hvilken som hälst, i1, i2, i3 och den mot honom svarande brytningsvinkeln, r1, r2, r3, eger ett bestämdt samband rum, hvarigenom man för en infallande stråle kan upprita den brutne strålens väg, blott man känner det s. k. "brytningsförhållandet" (äfven benämndt brytningsindex, brytningskoefficient, brytningsexponent) för de båda ämnen, genom hvilka strålen går. Den lag, som uttrycker detta samband, kallas brytningslagen och tjenar till utgångspunkt för alla beräkningar af en ljusstråles väg genom ett system af genomskinliga ämnen, såsom de sferiska glasen (linserna) i en kikare, ögats hinnor och vätskor m. fl. Upptäckten af denne lag tillskrifves än holländaren Snellius (omkr. 1620), än Cartesius, hvilken först bekantgjorde den (1637). Brytningslagen kan uttryckas på följande sätt: Om man i fig. 1 uppritar en cirkel omkring infallspunkten, med en radie, hvilken som hälst, och från de punkter, a och c, der denna skäres af de infallande och brutne strålarna, drager vinkelräta linier, ab och cd, mot normalen och dess förlängning, så är förhållandet mellan dessa linier oförändradt detsamma, huru stor eller liten infallsvinkeln än må vara. Men då dessa linier förhålla sig till hvarandra såsom vinklarnas sinus (se d. o.), så kan lagen äfven kortare uttryckas sålunda: "Förhållandet mellan sinus för infallsvinkeln och sinus för hans motsvarande brytningsvinkel är konstant, eller oberoende af infallsvinkelns storlek". Det tal, som angifver ifrågavarande förhållande, har man kallat brytningsförhållande, och detta är beroende allenast af de ämnens natur, genom hvilka ljuset passerar. Det sålunda definierade brytningsförhållandet kallas relativt, emedan dess värde beror af beskaffenheten hos båda media. Med absolut brytningsförhållande för ett ämne förstår man åter samma förhållande, när ljuset ingår i detsamma ifrån tomrummet. Det relativa brytningsförhållandet mellan två ämnen fås genom division af deras absoluta brytningsförhållanden. Af det ofvanstående följer, att hvarje ämne med samma täthet i alla delar har ett bestämdt och oföränderligt absolut brytningsförhållande, hvilket i optiskt hänseende skiljer detsamma från andra ämnen. Sedan man genom experiment funnit detta tal, kan man beräkna den väg ljuset inom kroppen beskrifver. I följande tabell upptages det absoluta brytningsförhållandet för några af de vigtigaste genomskinliga ämnena.
Diamant2,47.
2,75.Qvarts
Bergsalt1,54.
1,54. Rubin1,78.Canadabalsam1,53. Flintglas1,61.
1,73.Olivolja
Alkohol1,47.
1,37. Kolsvafla1,67.Vatten1,33. Topas1,61.Luft1,00029. Kronglas1,53.
1,61.
Brytningsförhållandet mellan luft och glas är således något öfver 3/2, mellan luft och vatten omkr. 4/3, o. s. v.
För att inse orsaken till ljusbrytningen måste man göra sig en klar föreställning om hvad ljuset egentligen är. Enligt den numera allmänt antagna och af alla kända hithörande företeelser bekräftade ljusteorien (jfr Ljus, Undulations-teorien, Vibrations-teorien) består det, som på ögat gör intryck af ljus, i mycket hastiga fram- och återgående rörelser (vibrationer) i etern. Dessa eter-vibrationer äro analoga med de rörelser, som luftens partiklar utföra och genom hvilka ljudet frambringas. De rörelser, som förefinnas i ljuskällan, meddela sig nämligen till den henne omgifvande etern och framskrida deri, tills de träffa ett föremål. Är detta genomskinligt, så fortplantar sig rörelsen äfven till de eterpartiklar, som ligga inom kroppen. Den riktning, i hvilken denna fortplantning sker, blir dock ej oförändradt densamma inom som utom kroppen, emedan rörelsens framskridande antingen påskyndas eller försenas i det nya ämnet. Att brytningen beror på en förändring i den hastighet, hvarmed ljuset framgår eller rörelsen i etern fortplantar sig, kan inses genom följande analogi. Om ett led soldater, med fronten utefter ab (se fig. 3), marscherar rätt fram med oförändrad hastighet till a1b1, asub>1b2 och på sin väg kommer till en terräng af annan beskaffenhet, t. ex. en sådan, der marschen måste saktas till följd af hinder (oländig mark e. d.), så förändrar fronten sin riktning och intager
efter hand de parallela lägena Fd, c1d1, c2d2 o. s. v., förutsatt att den icke ursprungligen var parallel med begränsningsytan AB mellan
Fig. 3.
de bägge terrängerna. Ty under den tid manskapet på högra flygeln utefter DF tillryggalägger vägstycket a3F på det förra området, har venstra flygeln till följd af hindren ej hunnit så långt inom det senare. Dess väg. Ed, är således kortare än a3F, hvaraf följer, att fronten, Fd, icke mer är parallel med sin förra riktning, a3E, utan med begränsningsytan bildar en mindre vinkel än förut. Framskridandet sker följaktligen utefter en bruten väg eller linie, CEG eller DFH. Samma figur kan representera det sätt, på hvilket ljusvibrationerna fortplanta sig från den ena partikeln till den andra i etern. Dessa rörelser fortskrida nämligen i etern alldeles på samma sätt som vågorna på en vattenyta, och man kan anse linierna ab, a1b1 o. s. v. föreställa en och samma ljusvåg i olika tidsmoment. När vågen ab hunnit till a3E och börjar intränga i det tätare mediet, går dess venstre flygel långsammare än den högre, och deraf uppkommer brytningen. Häraf inses omedelbart, att den brutne strålen närmar sig normalen, när ljuset går långsammare i det senare än i det förra ämnet, men att han aflägsnar sig från normalen, när ett motsatt förhållande eger rum. Brytningsförhållandet måste således stå i någon relation till den olika hastighet, hvarmed ljuset går i de bägge ämnena, och denna relation är ytterst enkel. Man kan nämligen bevisa, att brytningsförhållandet icke är något annat än förhållandet mellan dessa hastigheter. Om man t. ex. vet, att brytningsförhållandet mellan luft och glas är 3/2, så följer deraf omedelbart, att ljuset går 1 1/2 gång så fort i luften som i glas. Såsom korollarium ur samme sats följer, att -- om ljus får gå igenom en kropp med sins emellan parallela begränsningsytor, t. ex. en öfverallt fullkomligt jämntjock glasskifva -- den utgående strålen måste vara parallel med den infallande. Är deremot ett glasstycke slipadt så, att de begränsningsytor, genom hvilka ljuset genomsläppes, icke äro parallella, såsom förhållandet är med prismer och linser, så afviker den utgående strålens riktning från den infallandes, och en s. k. deviation (se d. o.) uppkommer. (Om den atmosferiska strålbrytningen se Refraktion.)
Ljusets brytning, såsom den ofvan blifvit beskrifven, och hvilken plägar kallas enkel brytning, eger rum i alla genomskinliga kroppar, som icke äro kristalliserade, samt i sådana kristaller, som höra till det "reguliära" kristallsystemet (se d. o.). Hos öfriga kristaller följer brytningen andra lagar och benämnes dubbelbrytning (hvartill såsom specielt fall räknas den s. k. koniska brytningen), en företeelse, som skall utförligare behandlas under detta ord. -- Förnämligast genom Mellonis intressanta experiment med bergsalt och andra diatermana (för värme genomträngliga) ämnen ådagalades, att det strålande värmet brytes efter samma lag som ljuset, hvarigenom ett vigtigt bidrag vunnits till bekräftande af dessa naturverkningars identiska ursprung. -- Äfven ljudet undergår brytning, ehuru denna är svårare att på experimentel väg ådagalägga. (Se för öfrigt Ljus och Färg.) R. R.
2) Språkv. En ljudföreteelse i de germanska språken, som består deruti att efter en vokal ett annat vokalljud inskjutes. I de nordiska språken går e genom brytning öfver till eo eller ea, hvaraf senare blir jo, ja, som ofta blir jö, jä (je). I tyskan finner man äldre e (eller deraf uppkommet i) bevaradt, då svenskan genom brytning fått jo (jö) eller ja (jä). Jfr t. ex. T. erde, birche, ich, ferne med Sv. jord, björk, jag, fjärran. Brytningen inträder oftast framför r eller l med följande konsonant, i flere språk äfven framför h. Flere forskare anse, att dessa konsonanter, andra att de i nästa stafvelse stående vokalerna u (v) eller a framkallat brytningen. -- På det nordiska språkområdet förekomma ej sällan både brutna och obrutna former af samnia ord. Så har fornnorskan både berg och bjerg, nysvenskan berg, men nydanskan bjerg, fornnorskan ek, nysvenskan jag (nydanskan jeg) men några svenska munarter ek, ik. -- Angelsachsiskan står i afseende på brytningsförhållanden närmast de nordiska språken. I mesogötiskan (gotiskan) har man förut antagit en egen art af brytning; men den nyare forskningen förklarar de dervid afsedda företeelserna på helt annat sätt. -- Enligt Grimm och flere nyare tyska författare förekommer brytning i en annan betydelse, än den som här blifvit angifven, i fornhögtyskan och andra germanska språk; men denna uppfattning är öfvergifven af nutidens främste forskare. Fr. L-r.
