De formule voor de wet van breking van licht - algemene en bijzondere gevallen

De wet van lichtbreking wordt op veel verschillende gebieden gebruikt en helpt te bepalen hoe stralen zich zullen gedragen wanneer zij van het ene medium in het andere terechtkomen. Het is niet moeilijk de kenmerken van dit verschijnsel, de oorzaken en andere belangrijke nuances te begrijpen. Het is ook de moeite waard de soorten breking te begrijpen, omdat zij van groot belang zijn bij de berekening en het gebruik van de beginselen van de wet in de praktijk.

Het meest voorkomende voorbeeld is een buisje of lepeltje in een helder glas water.

Wat is het verschijnsel van lichtbreking?

Bijna iedereen is met dit verschijnsel vertrouwd, omdat het in het dagelijks leven veel voorkomt. Als je bijvoorbeeld naar de bodem van een reservoir met doorzichtig water kijkt, lijkt die altijd dichterbij dan hij in werkelijkheid is. De vervorming is te zien in aquaria en is bij bijna iedereen bekend. Maar om de kwestie te begrijpen, moet men een paar belangrijke aspecten in overweging nemen.

Redenen voor refractie

De eigenschappen van de verschillende media waardoor het licht reist, zijn hier doorslaggevend. Hun dichtheid varieert vaak, zodat licht zich met verschillende snelheden voortplant. Dit heeft ook een direct effect op de eigenschappen ervan.

Wanneer zonlicht door een prisma valt, verspreidt het zich in alle kleuren van het spectrum.

Wanneer het licht van het ene medium overgaat in het andere (op het punt waar ze samenkomen), verandert het van richting wegens verschillen in dichtheid en andere kenmerken. De afwijking kan verschillend zijn, hoe groter het verschil in de eigenschappen van de media, hoe groter de vervorming uiteindelijk wordt.

Tussen haakjes! Wanneer licht gebroken wordt, wordt altijd een deel ervan weerkaatst.

Voorbeelden uit het leven

Voorbeelden zijn bijna overal te vinden, zodat iedereen kan zien hoe breking de waarneming van voorwerpen beïnvloedt. De meest kenmerkende varianten zijn de volgende:

1. Indien men een lepel of een buis in een glas water plaatst, kan men zien hoe het voorwerp visueel ophoudt recht te zijn en afbuigt vanaf de grens van de twee media. Deze optische illusie wordt het vaakst als voorbeeld gebruikt.
2. Bij warm weer ontstaat vaak een plaseffect op asfalt. Dit komt doordat de stralen bij het scherpe temperatuurverschil (bij de grond zelf) worden gebroken, zodat het oog een lichte weerkaatsing van de hemel ziet.
3. Ook als gevolg van breking ontstaan er luchtspiegelingen. Dit is ingewikkelder, maar dit verschijnsel doet zich niet alleen in de woestijn voor, maar ook in de bergen en zelfs in de middenzone. Een andere mogelijkheid is wanneer je objecten kunt zien die voorbij de horizonlijn liggen.
   Een luchtspiegeling is een van de wonderen der natuur die wordt veroorzaakt door de breking van het licht.
4. De brekingsbeginselen worden ook toegepast in veel voorwerpen die in het dagelijks leven worden gebruikt: brillen, vergrootglazen, kijkgaten, projectoren en diaprojectoren, verrekijkers en nog veel meer.
5. Vele soorten wetenschappelijke apparatuur werken door toepassing van de wet in kwestie. Daartoe behoren microscopen, telescopen en andere gesofisticeerde optische instrumenten.

Wat is de hoek van breking

De brekingshoek is de hoek die wordt gevormd door het brekingsverschijnsel op de overgang van twee doorzichtige media met verschillende lichtdoorlatende eigenschappen. Deze wordt bepaald aan de hand van een loodrechte lijn die op het brekingsvlak wordt getrokken.

Als een vloeistof met een hogere dichtheid dan water in een glas wordt gegoten, zal de brekingshoek groter worden.

Dit verschijnsel wordt veroorzaakt door twee wetten, behoud van energie en behoud van momentum. Als de eigenschappen van het medium veranderen, verandert onvermijdelijk ook de snelheid van de golf, maar de frequentie blijft dezelfde.

Waarvan hangt de brekingshoek af?

De index kan variëren en hangt voornamelijk af van de eigenschappen van de twee media waar het licht doorheen gaat. Hoe groter het verschil tussen beide, hoe groter de visuele afbuiging.

Ook de hoek is afhankelijk van de golflengte van het uitgezonden licht. Als deze waarde verandert, verandert ook de afwijking. In sommige omgevingen heeft ook de frequentie van de elektromagnetische golf een grote invloed, maar dit is niet altijd het geval.

In optisch anisotrope materialen wordt de hoek beïnvloed door de polarisatie van het licht en de richting daarvan.

Soorten refractie

Het meest voorkomende type is de gewone breking van licht, wanneer ten gevolge van verschillende eigenschappen van het medium een vervormend effect in zekere mate kan worden waargenomen. Maar er zijn andere variëteiten die parallel voorkomen of als een afzonderlijk verschijnsel kunnen worden beschouwd.

Wanneer een verticaal gepolariseerde golf de grens tussen twee media onder een bepaalde hoek (de Brewster-hoek genoemd) raakt, kan men de totale breking zien. In dit geval zal er helemaal geen gereflecteerde golf zijn.

Totale interne reflectie kan alleen worden waargenomen wanneer straling van een medium met een hogere brekingsindex overgaat in een minder dicht medium. In dit geval is de brekingshoek groter dan de invalshoek. Dat wil zeggen, er is een omgekeerde relatie. Bovendien wordt de index 90 graden naarmate de invalshoek toeneemt, zodra deze een bepaalde waarde bereikt.

Als het licht onder een bepaalde hoek op de grens van de twee media valt, kan het eenvoudig worden weerkaatst.

Verhoogt men de waarde nog verder, dan zal de straal worden weerkaatst op de grens van de twee stoffen zonder in het andere medium te gaan. Dit verschijnsel wordt totale interne reflectie genoemd.

Lees ook

De wetten van de lichtreflectie en de geschiedenis van hun ontdekking

 

De berekening van de cijfers moet hier worden verduidelijkt, aangezien de formule verschilt van de standaardformule. In dit geval ziet het er zo uit:

zonde _pr=n₂₁

Dit fenomeen maakte het mogelijk optische vezels te creëren, een materiaal dat enorme hoeveelheden informatie over onbeperkte afstanden kan overbrengen met een snelheid die voor andere mogelijkheden onbereikbaar is. In tegenstelling tot een spiegel vindt in dit geval reflectie plaats zonder energieverlies, zelfs bij meervoudige reflecties.

Optische vezels hebben een eenvoudige structuur:

1. De lichtdoorlatende kern is gemaakt van kunststof of glas. Hoe groter de doorsnede, hoe groter het volume van de informatie die kan worden overgebracht.
2. De mantel moet het licht in de kern weerkaatsen, zodat het zich alleen door de kern verspreidt. Het is belangrijk dat de lichtbundel op het punt van binnenkomst in de lichtgeleider onder een grotere hoek valt dan de limiet, dan zal hij worden weerkaatst zonder verlies van energie.
3. De beschermende isolatie voorkomt beschadiging van de vezel en beschermt hem tegen schadelijke invloeden. Dankzij dit onderdeel kan de kabel ook ondergronds worden gelegd.

Glasvezeloptica heeft de overdracht van informatie naar een heel nieuw niveau getild.

Hoe de wet van breking werd ontdekt

Het werd ontdekt door door Willebrord Snellius.een Nederlandse wiskundige, in 1621. Na een reeks experimenten was hij in staat de basisaspecten te formuleren, die tot op de dag van vandaag vrijwel onveranderd zijn gebleven. Hij was het die voor het eerst de constantheid van de verhouding van de sinus van de hoeken van inval en weerkaatsing vaststelde.

De eerste publicatie met het materiaal van de ontdekking werd gedaan door de Franse wetenschapper René Descartes.. Deskundigen zijn het echter niet met elkaar eens; sommigen denken dat hij het materiaal van Snellius heeft gebruikt en anderen zijn ervan overtuigd dat hij het onafhankelijk heeft herontdekt.

Lees ook

Wat wordt de dispersie van licht genoemd

 

Definitie en formule voor de brekingsindex

De invallende en de brekingsstraal en de loodlijn door het snijpunt van de twee media liggen in hetzelfde vlak. De sinus van de hoek van inval ten opzichte van de sinus van de hoek van breking is een constante waarde. Zo klinkt de definitie, die in presentatie kan verschillen, maar de betekenis blijft altijd dezelfde. De grafische uitleg en de formule zijn weergegeven in de onderstaande afbeelding.

De formule is universeel en geschikt voor verschillende media.

Het is vermeldenswaard dat de indexcijfers van refractie hebben geen meeteenheden. Op een bepaald moment, tijdens het bestuderen van de fysieke fundamenten van het fenomeen in kwestie, twee wetenschappers tegelijk - Christian Huygens uit Nederland en Pierre Fermat uit Frankrijk, kwamen tot dezelfde conclusie. Volgens hem zijn de sinus van inval en de sinus van breking gelijk aan de verhouding van de snelheden in de media waar de golven doorheen gaan. Als licht sneller door het ene medium gaat dan door het andere, heeft het optisch minder dichtheid.

Tussen haakjes! De snelheid van het licht in een vacuüm is hoger dan in welke andere stof dan ook.

De natuurkundige betekenis van de Wet van Snellius

Wanneer licht vanuit een vacuüm in een andere stof valt, is er onvermijdelijk interactie met de moleculen. Hoe hoger de optische dichtheid van het medium, hoe meer interactie van het licht met de atomen en hoe lager de voortplantingssnelheid, en hoe hoger de dichtheid, hoe hoger de brekingsindex.

Absolute breking wordt aangeduid met de letter n, die een idee geeft van hoe de snelheid van het licht verandert wanneer het van een vacuüm in een medium overgaat.

Relatieve refractie (n₂₁) laat zien hoe de snelheid van licht verandert als het van het ene medium naar het andere beweegt.

De video legt de wet van natuurkunde uit groep 8 heel eenvoudig uit met grafieken en animatie.

Reikwijdte van het recht in de technologie

Er is veel tijd verstreken sinds de ontdekking van het verschijnsel en het praktische onderzoek. De resultaten hebben bijgedragen tot de ontwikkeling en realisatie van een groot aantal apparaten die in verschillende sectoren worden gebruikt; het is de moeite waard de meest voorkomende voorbeelden te bekijken:

1. oftalmologische apparatuur. Maakt een verscheidenheid van onderzoeken en opsporing van pathologieën mogelijk.
2. Apparaten voor onderzoek van de maag en de inwendige organen. U kunt een duidelijk beeld krijgen zonder een camera te gebruiken, wat het proces veel gemakkelijker en sneller maakt.
3. Telescopen en andere astronomische apparatuur kunnen, dankzij de breking, beelden produceren die met het blote oog niet te zien zijn.
   Door de breking van het licht in de lenzen van telescopen kan het licht scherp worden opgevangen, waardoor zeer nauwkeurig onderzoek mogelijk is.
4. Ook verrekijkers en soortgelijke instrumenten werken volgens de hierboven beschreven principes. Zij omvatten ook microscopen.
5. Foto- en videoapparatuur, en meer bepaald de optiek ervan, maakt gebruik van lichtbreking.
6. Vezeloptica waarmee grote hoeveelheden informatie over een afstand kunnen worden overgebracht.

Videoles: conclusie over de wet van breking van licht.

De breking van licht is een verschijnsel dat wordt veroorzaakt door de eigenschappen van verschillende media. Het kan worden waargenomen op het punt waar zij worden gecombineerd; de afbuigingshoek hangt af van het verschil tussen de stoffen. Deze eigenschap wordt veel gebruikt in de moderne wetenschap en technologie.