Taittuminen on aaltojen taipumista, kun ne kulkevat väliaineesta toiseen niiden nopeuden muutoksen vuoksi. Ilmiö liittyy yleisimmin valoon, mutta voi koskea myös ääntä tai jopa vettä. Se tapahtuu, kun aaltojen sarja kulkee kohti uutta väliainetta kulmassa niin, että toinen puoli kokee nopeuden muutoksen ennen toista, jolloin se kääntyy hitaammalle puolelle samalla tavalla kuin liikkuva ajoneuvo pyrkii kääntymään, jos toinen puoli hidastuu enemmän kuin toinen. Taittuminen voi saada esineitä näyttämään siirtyneiltä ja voi vahvistaa etäisiä ääniä. Sillä on monia käyttötarkoituksia valon yhteydessä, kuten linssit ja prismat.
Taitekerroin
Jokaisella aineella, jonka läpi aallot voivat liikkua, on taitekerroin, joka osoittaa, kuinka nopeasti ne kulkevat. Valon tapauksessa tämä havaitaan jakamalla sen nopeus tyhjiössä sen nopeudella kyseisessä väliaineessa. Se on suhde väliaineiden nopeuksien välillä, joten sitä ei mitata missään yksikössä. Taitekerroin yleensä kasvaa väliaineen tiheyden myötä: se on yksi tyhjiölle ja suurempi kuin yksi kaikille tunnetuille luonnonmateriaaleille.
Ilman taitekerroin on tyypillisesti noin 1.00029, mutta tämä vaihtelee lämpötilan ja paineen mukaan. Vedelle arvo on noin 1.33 ja lasille noin 1.50 – 1.75 tyypistä riippuen. Timantilla on erittäin korkea taitekerroin 2.417, joka tuottaa tunnetun kuohuviinivaikutuksen.
Jokapäiväisiä esimerkkejä
Yleisin esimerkki taittumisesta keskusteltaessa on olki vedessä. Kun olki asetetaan lasilliseen vettä ja katsotaan sivulta, se näyttää olevan rikki tai taipunut. Tämä johtuu ilman ja veden taitekertoimien eroista. Koska vesi on ilmaa tiheämpää, olki näyttää taipuvan, koska sen heijastama valo hidastuu veden tiheyden vuoksi. Tämä ilmiö saa myös upotetut esineet, kuten kalat, näyttämään lähemmäksi pintaa kuin ne todellisuudessa ovat.
Koska ilman taitekerroin vaihtelee lämpötilan ja paineen mukaan, esineet voivat näyttää siirtyneiltä tai vääristyneiltä tietyissä olosuhteissa. Tuttu illuusio vedestä makaa tien päällä kuumana päivänä on yksi esimerkki: se on taittunut kuva taivaasta, joka johtuu ilman lämmittämisestä tienpinnan lähellä. Joskus ilmakehät eri lämpötiloissa ja paineissa voivat tuoda näkyviin horisontin yläpuolella olevia esineitä – tämä tunnetaan nimellä mirage. Erilaiset ilmakerrokset voivat tuottaa samanlaisia ilmiöitä äänen kanssa. Oikeissa olosuhteissa kaukaiset äänet voivat tuntua lähellä, koska jotkut ääniaallot, jotka aluksi suuntaavat kuulijan yläpuolelle, voivat olla taipuneet alaspäin lisäämällä äänenvoimakkuutta.
Yleisempi esimerkki on sateenkaari, jossa sadepisarat taittavat auringonvalon. Auringonvalo koostuu valon eri aallonpituuksien tai värien seoksesta, ja esimerkiksi sinisen aallonpituus on lyhyempi kuin punaisen. Kun tämä valo kulkee sadepisaroiden läpi, lyhyemmät aallonpituudet taivutetaan enemmän kuin pidemmät, mikä jakaa valon eri väreihin.
käytät
Yleisimmät taitekäytöt ovat linssit ja prismat. Objektiivi on suunniteltu siten, että siihen tuleva valo keskittyy taittumalla kohti pistettä ja tuottaa suurennetun kuvan kohteesta. Linssit voidaan käyttää kiikareissa ja kaukoputkissa saadakseen yksityiskohtaisia kuvia kaukaisista esineistä, tai suurennuslasit ja mikroskoopit, joilla voidaan tarkastella hyvin pieniä esineitä, kuten mikro -organismeja, joita ei voi nähdä paljaalla silmällä. Prismaa voidaan käyttää valon jakamiseen eri väreihin samalla tavalla kuin vesipisarat luovat sateenkaaren, mutta antavat tarkemman kuvan, jota voidaan käyttää valonlähteen yksityiskohtaiseen analysointiin.
Snellin laki
Taittumisilmiö oli tunnettu ainakin muinaisten kreikkalaisten ajoista lähtien, ja monet ihmiset ovat historian kautta laatineet lakeja kuvaamaan sitä, mukaan lukien Ibn Sahl Bagdadista, joka vuonna 984 esitti erittäin tarkan kuvauksen, jonka hän käytetään linssien luomiseen. Hollantilainen tähtitieteilijä Willebrord van Roijen Snell tuotti vuonna 1621 matemaattisen lain, jota myöhemmin muutettiin René Descartesin vuonna 1637 kaavaksi nimeltä “Snellin laki”. Sitä voidaan käyttää kahden eri väliaineen läpi kulkevan valon taitekulman laskemiseen.