Breking van lichte elementen, wetten en experimenten

de breking van licht is het optische verschijnsel dat optreedt wanneer het licht schuin op het scheidingsoppervlak van twee media met verschillende brekingsindex valt. Wanneer dit gebeurt, verandert het licht van richting en snelheid.

Breking treedt bijvoorbeeld op wanneer licht van lucht naar water gaat, omdat water een lagere brekingsindex heeft. Het is een fenomeen dat perfect in het zwembad te zien is, wanneer je observeert hoe de vormen van het lichaam onder water lijken af ​​te wijken van de richting die ze zouden moeten hebben.

Het is een fenomeen dat verschillende soorten golven beïnvloedt, hoewel het geval van licht de meest representatieve is en degene die meer aanwezig is in onze dag tot dag.

De verklaring voor de breking van het licht werd aangeboden door de Nederlandse fysicus Willebrord Snell van Royen, die een wet opstelde om het uit te leggen, die bekend is geworden als de wet van Snell..

Een andere van de wetenschappers die speciale aandacht besteedden aan de breking van het licht was Isaac Newton. Om het te bestuderen, creëerde hij het beroemde glazen prisma. In het prisma doordringt het licht in hem door een van zijn gezichten, brekend en ontbindend in de verschillende kleuren. Op deze manier bewees het fenomeen van breking van licht dat wit licht is samengesteld uit alle kleuren van de regenboog.

index

• 1 Elementen van breking
  • 1.1 Brekingsindex van licht in verschillende media
• 2 Wetten van breking
  • 2.1 Eerste wet van breking
  • 2.2 Tweede wet van breking
  • 2.3 Het principe van Fermat
  • 2.4 Gevolgen van de wet van Snell
  • 2.5 Grenshoek en totale interne reflectie
• 3 experimenten
  • 3.1 Oorzaken 
• 4 De lichtbreking van dag tot dag
• 5 Referenties 

Elementen van breking

De belangrijkste elementen die in overweging moeten worden genomen bij de studie van de breking van licht zijn de volgende: -de invallende straal, die de straal schuin invalt op het scheidingsoppervlak van de twee fysieke media -De gebroken straal, wat de straal is die het medium doorkruist, de richting en de snelheid ervan wijzigt. - De normale lijn, die de denkbeeldige lijn is loodrecht op het scheidingsoppervlak van de twee media. -De invalshoek (i), die is gedefinieerd als de hoek gevormd door de invallende straal met de normaal. -De hoek van breking (r), die wordt gedefinieerd als de hoek gevormd door de normaal met de gebroken straal.

-Daarnaast moet ook de brekingsindex (n) van een medium in aanmerking worden genomen, wat het quotiënt is van de snelheid van het licht in vacuüm en de snelheid van het licht in het medium.

n = c / v

In dit opzicht is het de moeite waard eraan te denken dat de snelheid van het licht in het vacuüm de waarde van 300.000.000 m / s heeft.

Brekingsindex van licht in verschillende media

De brekingsindex van licht op enkele van de meest gebruikelijke manieren is:

Wetten van breking

Snell's Law wordt vaak de wet van breking genoemd, maar de waarheid is dat kan worden gezegd dat de wetten van breking twee zijn.

Eerste wet van breking

De invallende straal, de gebroken straal en de normale straal bevinden zich in hetzelfde vlak van ruimte. In deze wet, ook afgeleid door Snell, wordt ook reflectie toegepast.

Tweede wet van breking

De tweede de wet van breking of de wet van Snell, wordt bepaald door de volgende uitdrukking:

n₁ sen i = n₂ sen r

N zijn₁ de brekingsindex van het medium waaruit het licht komt; i de invalshoek; n₂ de brekingsindex van het medium waarin het licht is gebroken; De hoek van breking.

Het principe van Fermat

Vanaf het begin van de minimale tijd of het principe van Fermat, kunnen we zowel de wetten van reflectie afleiden als de wetten van refractie, die we zojuist hebben gezien.

Dit principe bevestigt dat het echte traject dat volgt op een lichtstraal die tussen twee punten van de ruimte beweegt, degene is die de kleinere tijd nodig heeft om over te steken.

Gevolgen van Snell's Law

Enkele van de directe consequenties die worden afgeleid uit de vorige uitdrukking zijn:

a) Als n₂ > n₁ ; sen r < sen i o sea r < i

Dus wanneer een lichtstraal van een medium met een lagere brekingsindex naar een medium met een hogere brekingsindex gaat, benadert de gebroken straal de normale.

b) Als n2 < n₁ ; sen r> sin i of r> i

Dus wanneer een lichtstraal van een medium met een hogere brekingsindex naar een medium met een lagere index gaat, verplaatst de gebroken straal zich van de normale.

c) Als de invalshoek nul is, is de hoek van de brekingsstraal ook nul.

Eindhoek en totale interne reflectie

Een ander belangrijk gevolg van de wet van Snell is wat bekend staat als de limiethoek. Dit is de naam voor de invalshoek die overeenkomt met een brekingshoek van 90º.

Wanneer dit gebeurt, beweegt de gerefracteerde straal gelijk met het scheidingsoppervlak van de twee media. Deze hoek wordt ook de kritische hoek genoemd.

Voor hoeken boven de limiethoek treedt het fenomeen totale interne reflectie op. Wanneer dit gebeurt, treedt geen breking op, omdat de gehele lichtstraal intern wordt gereflecteerd. Totale interne reflectie treedt alleen op bij verplaatsing van een medium met een hogere brekingsindex naar een medium met een lagere brekingsindex.

Eén toepassing van totale interne reflectie is de geleiding van licht door de optische vezel zonder verlies van energie. Dankzij dit kunnen we genieten van de hoge gegevensoverdrachtsnelheden die worden aangeboden door glasvezelnetwerken.

experimenten

Een heel basisexperiment om het fenomeen breking waar te kunnen nemen, bestaat uit het introduceren van een potlood of een pen in een glas vol water. Als gevolg van de breking van het licht, lijkt het deel van de ondergedompelde pen of het potlood enigszins gebroken of afwijkend ten opzichte van het traject dat men zou verwachten te hebben.

Je kunt ook een vergelijkbaar experiment met een laserpointer proberen. Het is natuurlijk noodzakelijk om een ​​paar druppels melk in het glas water te gieten om de zichtbaarheid van het laserlicht te verbeteren. In dit geval wordt het aanbevolen om het experiment uit te voeren bij weinig licht om het pad van de lichtstraal beter te kunnen beoordelen.

In beide gevallen is het interessant om verschillende invalshoeken te proberen en te observeren hoe de brekingshoek varieert als deze veranderen.

oorzaken 

De oorzaken van dit optische effect moeten gezocht worden in de breking van het licht dat ervoor zorgt dat het beeld van het potlood (of de laserstraal) onder water wordt afgebogen ten opzichte van het beeld dat we in de lucht zien.

De lichtbreking van dag tot dag

De breking van licht is te zien in veel situaties van onze dag tot dag. Sommigen van ons hebben ze al genoemd, anderen zullen we hieronder noemen.

Een gevolg van breking is dat de poelen ondieper lijken dan ze in werkelijkheid zijn.

Een ander effect van breking is de regenboog die optreedt omdat licht wordt gebroken door waterdruppels in de atmosfeer door te laten. Het is hetzelfde fenomeen dat optreedt wanneer een lichtstraal door een prisma gaat.

Een ander gevolg van de breking van het licht is dat we de zonsondergang van de zon observeren wanneer het enkele minuten geleden is dat het echt gebeurde.

referenties

1. Licht (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 14 maart 2019, via en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fysica: de aard van dingen. Mexico-Stad: Internationale Thomson Editors. 
3. Totale interne reflectie (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 12 maart 2019, via en.wikipedia.org.
4. Licht (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 13 maart 2019, via en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Theorie van reflectie, van elektromagnetische en deeltjesgolven. Springer.
6. Breking (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 14 maart 2019, via en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, band 3), McGraw-Hill.