BREKING VAN LICHT: ELEMENTEN, WETTEN EN EXPERIMENT - FYSIEK - 2026

De breking van licht is het optische fenomeen dat optreedt wanneer licht schuin invalt op het scheidingsoppervlak van twee media met een verschillende brekingsindex. Wanneer dit gebeurt, verandert het licht van richting en snelheid.

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

Atoma

Het is een fenomeen dat verschillende soorten golven beïnvloedt, hoewel het geval van licht het meest representatief is en het meest aanwezig in ons dagelijks leven.

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

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

Elementen van breking

De belangrijkste elementen waarmee rekening moet worden gehouden bij de studie van de breking van licht zijn de volgende: -De invallende straal, de straal die schuin op het scheidingsoppervlak van de twee fysieke media valt. -De gebroken straal, de straal die door het medium gaat en zijn richting en snelheid wijzigt. -De normale lijn, de denkbeeldige lijn loodrecht op het scheidingsoppervlak van de twee media. -De invalshoek (i), die wordt gedefinieerd als de hoek gevormd door de invallende straal met de normaal. -De brekingshoek (r), die wordt gedefinieerd als de hoek gevormd door de normaal met de gebroken straal.

-Bovendien moet ook de brekingsindex (n) van een medium in aanmerking worden genomen, dat is het quotiënt van de lichtsnelheid in vacuüm en de lichtsnelheid in het medium.

n = c / v

In dit verband moet eraan worden herinnerd dat de lichtsnelheid in vacuüm de waarde aanneemt van 300.000.000 m / s.

Brekingsindex van licht in verschillende media

De brekingsindices van licht in enkele van de meest voorkomende media zijn:

Wetten van breking

De wet van Snell wordt vaak de wet van breking genoemd, maar de waarheid is dat er twee wetten van breking zijn.

Eerste wet van breking

De invallende straal, de gebroken straal en de normaal bevinden zich in hetzelfde vlak van ruimte. In deze wet, eveneens afgeleid door Snell, geldt ook reflectie.

Tweede wet van breking

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

n ₁ zonde i = n ₂ zonde r

Waarbij n ₁ de brekingsindex is van het medium waaruit het licht komt; i de invalshoek; n ₂ de brekingsindex van het medium waarin het licht wordt gebroken; r is de brekingshoek.

Josell 7

Het principe van Fermat

Uit het principe van minimumtijd of het principe van Fermat kunnen zowel de wetten van reflectie als de wetten van breking, die we zojuist hebben gezien, worden afgeleid.

Dit principe stelt dat het werkelijke pad dat wordt gevolgd door een lichtstraal die tussen twee punten in de ruimte beweegt, het pad is dat de minste tijd nodig heeft om te reizen.

Gevolgen van de wet van Snell

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

a) Als n ₂ > n ₁ ; sin r <sin io laat r <i

Dus wanneer een lichtstraal van een medium met een lagere brekingsindex naar een ander met een hogere brekingsindex gaat, nadert de gebroken straal normaal.

b) Als n2 <n ₁ ; sin r> sin io laat r> i

Dus wanneer een lichtstraal van een medium met een hogere brekingsindex naar een ander met een lagere index gaat, beweegt de gebroken straal weg van de normale.

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

Grenshoek en totale interne reflectie

Een ander belangrijk gevolg van de wet van Snell is de zogenaamde limiethoek. Dit is de naam die wordt gegeven aan de invalshoek die overeenkomt met een brekingshoek van 90º.

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

Voor hoeken groter dan de limiethoek treedt het fenomeen op dat bekend staat als totale interne reflectie. Wanneer dit gebeurt, treedt er geen breking op, aangezien de gehele lichtbundel intern wordt gereflecteerd. Totale interne reflectie treedt alleen op bij het verplaatsen van een medium met een hogere brekingsindex naar een medium met een lagere brekingsindex.

Een toepassing van totale interne reflectie is de geleiding van licht door de optische vezel zonder energieverlies. Dankzij dit kunnen we genieten van de hoge gegevensoverdrachtsnelheden die worden geboden door glasvezelnetwerken.

Experimenten

Een heel basaal experiment om het fenomeen refractie te kunnen waarnemen, bestaat uit het inbrengen van een potlood of een pen in een glas water. Als gevolg van de breking van het licht lijkt het ondergedompelde deel van het potlood of de pen enigszins gebroken of afwijkend van het pad dat het zou moeten hebben.

Velual

U kunt ook een soortgelijk experiment proberen met een laserpointer. 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 aanbevolen dat het experiment wordt uitgevoerd bij weinig licht om het pad van de lichtstraal beter te kunnen waarderen.

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

Oorzaken

De oorzaken van dit optische effect moeten gezocht worden in de breking van licht waardoor het beeld van het potlood (of de lichtbundel van de laser) onder water afwijkt van het beeld dat we in de lucht zien.

De breking van licht in het dagelijks leven

De breking van licht kan in veel situaties van onze dag worden waargenomen. Sommige hebben we al genoemd, andere zullen we hieronder bespreken.

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

Een ander effect van breking is de regenboog die ontstaat doordat licht wordt gebroken door de waterdruppels die in de atmosfeer aanwezig zijn. Het is hetzelfde fenomeen dat optreedt wanneer een lichtstraal door een prisma gaat.

Een ander gevolg van de breking van licht is dat we de zonsondergang van de zon waarnemen wanneer er enkele minuten zijn verstreken sinds het feitelijk heeft plaatsgevonden.

Referenties

1. Licht (nd). Op Wikipedia. Opgehaald op 14 maart 2019, via en.wikipedia.org.
2. Burke, John Robert (1999). Fysica: de aard van de dingen. Mexico DF: International Thomson Editores.
3. Totale interne reflectie (nd). Op Wikipedia. Opgehaald op 12 maart 2019, via en.wikipedia.org.
4. Licht (nd). Op Wikipedia. Opgehaald op 13 maart 2019, via en.wikipedia.org.
5. Lekner, John (1987). Theory of Reflection, of Electromagnetic and Particle Waves. Springer.
6. Breking (nd). Op Wikipedia. Opgehaald op 14 maart 2019, via en.wikipedia.org.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, deel 3), McGraw-Hill.