Wanneer lichtstralen vanuit de lucht in water komen, buigen ze, omdat de brekingsindex van lucht anders is dan de brekingsindex van water. Met andere woorden, lichtstralen reizen met een andere snelheid in de lucht dan in het water. De wet van Snell beschrijft dit fenomeen en verschaft een wiskundig verband tussen de invalshoek van de lichtstraal ten opzichte van een loodrechte lijn die door het water loopt, de brekingsindexen van beide materialen waardoor het licht reist en de brekingshoek waarbij het licht door water reist .

Hoe groter de brekingsindex, hoe meer het licht verbuigt. Suikerwater is dichter dan gewoon water, dus suikerwater heeft een hogere brekingsindex dan gewoon water. Hier zullen we de fysica van breking gebruiken om het suikergehalte van water te meten.

Maak een hol prisma van microscoopglaasjes

Gebruik epoxy om de randen van vier microscoopglaasjes aan elkaar te lijmen om een rechthoekig prisma.

Plaats het prisma bovenop een vijfde rechthoekige microscoopglaasje en lijm het prisma aan de dia met epoxy.

Laat de epoxy een nacht lang rusten.

Meet de brekingsindex van het suikerwater

Instellen voor experimenten. Bedek een muur met papier om markeringen op te maken. Stel de laserpointer zo in dat de straal loodrecht op de muur staat. Bevestig de laserpointer op zijn plaats en controleer deze regelmatig om ervoor te zorgen dat de straal consequent dezelfde plek raakt bij het passeren door de lucht.

Richt de laserstraal loodrecht door het prisma wanneer deze leeg is. Wanneer het prisma leeg is, mag de straal niet worden omgeleid. Markeer de plek waar de laserstraal op de muur valt. Plaats een stuk papier onder de laser en markeer het punt waarop de straal het prisma binnenging (de twee vlekken moeten samen een rechte lijn vormen).

Vul het prisma met vloeistof. Richt de laserstraal door het met vloeistof gevulde prisma. De straal raakt de muur op enige afstand van het oorspronkelijke merkteken. Markeer de straal. Meet de afstand tussen deze twee punten, afstand A. Meet de afstand van het prisma tot de muur, afstand B.

Met de twee afstanden die u in stap 3 hebt gemeten, kunt u de hoek berekenen waarbij de straal raak de muur - met andere woorden, zijn brekingshoek na het passeren van het prisma. Bereken deze hoek door de inverse tangens te vinden van (afstand A gedeeld door afstand B).

Gebruik de wet van Snell, samen met de hoek die u in stap 4 hebt berekend, om de brekingsindex van uw vloeistof te bepalen. Volgens de wet van Snell is de relatieve brekingsindex van twee materialen, of n2 /n1 (n2 = brekingsindex van het tweede materiaal, nl = brekingsindex van het eerste materiaal) gelijk aan de sinus van de invalshoek, gedeeld door de sinus van de brekingshoek. Je richt je laserpointer loodrecht op het prisma, dus je invalshoek is 90. Je hebt de brekingshoek berekend in stap 4. En tenslotte is de brekingsindex van lucht (n1) 1.0003.

Maak 1%, 5%, 10% en 50% oplossingen van suiker. Herhaal stap 3 tot en met 5 om hun brekingsindexen te bepalen. Grafiek de suikerconcentratie versus de brekingshoek. Vergelijk uw brekingsindexen voor bekende concentraties met de brekingsindex die u in stap 5 hebt berekend. Schat de suikerconcentratie voor uw onbekende oplossing.

Waarschuwing

Zelfs minimaal vermogen lasers kunnen oogletsel veroorzaken schade. Maak uzelf vertrouwd met veilig lasergebruik voordat u dit experiment probeert