زاویه بروستر

زاویه بروستر ( Brewster angle ) ، یا زاویهٔ قطبش، زاویۀ تابش پرتو نور با قطبشی خاص است که بدون هیچ بازتابی به طور کامل از سطح یک دی الکتریک شفاف عبور می کند.
وقتی نور ناقطبیده در این زاویه تابیده می شود، نور بازتابیده از سطح به طور کامل قطبیده می شود.
این زاویه، به افتخار فیزیکدان اسکاتلندی، دیوید بروستر، نام گذاری شده است.
وقتی نور به مرز دو محیط با ضریب شکست متفاوت می رسد، همان طور که در شکل نشان داده شده است، قسمتی از آن اغلب بازتاب می شود. بخش بازتابیده، توسط معادلات فِرِنل توصیف می شود و به قطبش نور تابیده و زاویه تابش بستگی دارد.
معادلات فرنل بیان می کند که نور با قطبش P ( قطبش موازی با سطح، که در شکل با دایره های کوچک توپر نشان داده شده اند ) بازتابیده نخواهد شد اگر زاویهٔ تابش برابر باشد با:
که n1 ضریب شکست محیط اول و n2 ضریب شکست محیط دوم است. این معادله، قانون بروستر و این زاویه، زاویه بروستر است.
مکانیسم این پدیده چنین است که دوقطبی های الکتریکی در محیط دوم با نور قطبیدۀ P واکنش می دهند ( به نوسان در می آیند ) . می توان تصور کرد که نور تابیده، جذب شده و سپس با نوسان دوقطبی های الکتریکی محیط دوم، دوباره تولید و تابیده می شود، اگرچه بخشی از نور با قطبش P نیز وارد محیط دوم می شود.
ازآنجاکه دوقطبی ها هیچ موجی در جهت گشتاور دوقطبی تابش نمی کنند، آن ها با قطبش S نور ( عمود بر P، که در شکل با فلش های دوطرفه نشان داده شده اند ) واکنشی نمی دهند.
با تحلیل هندسی، این شرط را می توان چنین بیان کرد:
که θ1 زاویه تابش و θ2 زاویه شکست است. با استفاده از قانون اسنل داریم:
زاویه تابش θ1 = θB در حالت عدم بازتاب عبارت ست از:
که با حل آن برای θB:
برای یک ماده شیشه ای ( n2 ≈ ۱٫۵ ) که در هوا قرار دارد ( n1 ≈ ۱ ) ، زاویه بروستر در نور مرئی تقریباً ۵۶ درجه، و برای سطح میان آب - هوا ( n2 ≈ ۱٫۳۳ ) ، تقریباً برابر با ۵۳ درجه است.
چون ضریب شکست برای یک مادهٔ معین به طول موج نور بستگی دارد، زاویهٔ بروستر با طول موج تغییر خواهد کرد.
پدیده قطبش نور با بازتاب از سطح در یک زاویهٔ خاص برای اولین بار توسط اِتیِن - لویی مالوس ( Etienne - Lious Malus ) در سال ۱۸۰۸ مشاهده شد. او تلاش کرد که زاویه قطبش را با ضریب شکست ماده مرتبط کند، اما به دلیل کیفیت بد شیشه های آن زمان ناامید شد. در سال ۱۸۱۵ بروستر به صورت تجربی با مواد باکیفیت نشان داد که این زاویه تابعی از ضریب شکست است که به قانون بروستر معروف شد.