Snells lov og optik

Fysik B · STX · B-niveau · Eksperimentelt arbejde

⚛️ Snells lov og optik

Snells lov (Willebrord Snellius 1621, men kendt af Ibn Sahl 984) = beskriver lysets BRYDNING ved overgang mellem 2 medier med forskelligt brydningsindeks.

Formel: n₁·sin(θ₁) = n₂·sin(θ₂), hvor n₁, n₂ = brydningsindekser, θ₁, θ₂ = vinkler målt fra normalen til grænsefladen.

Brydningsindeks: n = c/v, hvor c = lyshastighed i vakuum, v = lyshastighed i medium.

Standard-værdier: vakuum/luft = 1,00. Vand = 1,33. Glas = 1,5. Diamant = 2,42.

Brydning fra tyndt til tæt medium: lys bryder MOD normalen (θ₂ < θ₁). Eksempel: lys fra luft til vand.

Brydning fra tæt til tyndt: lys bryder VÆK fra normalen (θ₂ > θ₁).

Total intern refleksion: når lys går fra tæt til tyndt medium og θ₁ overstiger kritisk vinkel θ_c → ALL lys reflekteres. sin(θ_c) = n₂/n₁. For glas-luft: θ_c = 41,8°. For vand-luft: θ_c = 48,6°.

Anvendelser

1.

Optisk fiber: kerne (n=1,48) + kappe (n=1,46) → lys reflekteres internt → kan transportere data over tusinder km uden tab. Internet, telekom.

2.

Diamant-funkler: høj n giver mange interne refleksioner.

3.

Regnbuer: dråber bryder hvidt lys → spektrum.

4.

Linsen: brydning ved 2 grænseflader → fokus.

5. Sjæl-syn (objekt under vand ser ud anderledes placeret).

Bølgelængde-afhængighed (dispersion): forskellige bølgelængder har forskellige n → prisme spreder hvidt lys.

Klassisk eksperiment: lys gennem akrylplade — mål θ₁, θ₂, beregn n.

Eksempel-beregning: lys fra luft (n=1) ind i vand (n=1,33) ved 45°. sin(45°) = 1·sin(θ₂)/1,33, så sin(θ₂) = 0,531, θ₂ ≈ 32,1° — lyset bøjer mod normalen.

Læringsmål

• Planlægge og udføre fysik-eksperimenter
• Behandle data med usikkerhedsanalyse
• Skrive forsøgsrapport med metode og diskussion
• Anvende CAS til grafisk analyse og regression
• Dokumentere eksperimentelle resultater korrekt

Sådan kan du arbejde med emnet

• Beskriv, hvordan et forsøg kan bruges til at bestemme brydningsindekset for et materiale
• Brug Snells lov til at beregne brydningsvinklen, når lys går fra et medium til et andet
• Diskutér, hvad totalrefleksion er, og under hvilke betingelser den opstår

Eksperiment-forslag

• Send en laserstråle gennem en halvcirkulær akrylplade ved forskellige indfaldsvinkler, mål θ₁ og θ₂, og bestem brydningsindekset n via Snells lov.
• Find den kritiske vinkel for total intern refleksion eksperimentelt, og sammenlign med den beregnede værdi sin(θ_c) = n₂/n₁.
• Undersøg dispersion ved at sende hvidt lys gennem et prisme og fotografere/måle spektrets spredning.

Brobygning

Lys er elektromagnetisk stråling — men der findes også stråling fra atomkerner, som kan måles med en geigertæller. Næste emne er 'Radioaktivitetsmåling (geigertæller)'.