Inhoud
Wanneer lichtstralen van lucht naar water gaan, buigen ze, omdat de brekingsindex van lucht verschilt van de brekingsindex van water. Met andere woorden, lichtstralen reizen met een andere snelheid in lucht dan in water. De wet van Snells beschrijft dit fenomeen en biedt een wiskundige relatie tussen de invalshoek van de lichtstralen ten opzichte van een loodrechte lijn die door het water loopt, de brekingsindices van beide materialen waardoor het licht reist en de brekingshoek waarmee het licht door water reist .
Hoe groter de brekingsindex, hoe meer het licht buigt. 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 te maken.
Plaats het prisma op een vijfde rechthoekige microscoopglaasje en lijm het prisma op het glaasje met behulp van epoxy.
Laat de epoxy een nacht uitharden.
Meet de brekingsindex van het suikerwater
Opgezet voor experimenten. Bedek een muur met papier om markeringen op te maken. Plaats de laserpointer zodanig 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 consistent dezelfde plek raakt wanneer deze door de lucht gaat.
Richt de laserstraal loodrecht door het prisma als deze leeg is. Wanneer het prisma leeg is, mag de straal niet worden afgeleid. Markeer de plek waar de laserstraal de muur raakt. Plaats een stuk papier onder de laser en markeer het punt waar de straal het prisma binnenkwam (de twee vlekken samen zouden een rechte lijn moeten vormen).
Vul het prisma met vloeistof. Richt de laserstraal door het met vloeistof gevulde prisma. De balk raakt de muur op enige afstand van het oorspronkelijke merkteken. Markeer de balk. Meet de afstand tussen deze twee vlekken, 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 waarmee de straal de muur raakt - met andere woorden, de 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 Snells, samen met de hoek die u in stap 4 hebt berekend, om de brekingsindex van uw vloeistof te bepalen. Volgens de wet Snells is de relatieve brekingsindex van twee materialen, of n2 / n1 (n2 = brekingsindex van het tweede materiaal, n1 = brekingsindex van het eerste materiaal) gelijk aan de sinus van de invalshoek, gedeeld door de sinus van de brekingshoek. U richt uw laserpointer loodrecht op het prisma, dus uw invalshoek is 90. U berekende uw brekingshoek in stap 4. En ten slotte is de brekingsindex van lucht (n1) 1.0003.
Creëer 1 procent, 5 procent, 10 procent en 50 procent oplossingen van suiker. Herhaal stap 3 tot en met 5 om hun brekingsindex te bepalen. Maak een grafiek van 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.