Vi skal i dette forsøg se på brydningsvinkler, brydningsindeks og totalrefleksion.

Formål

At undersøge, hvordan lyset brydes, når det passerer fra et medium til et andet, for eksempel fra glas til luft. Desuden vil vi studere begrebet totalrefleksion.

Forsøg 1

Formålet med dette delforsøg er at udmåle en lystråles vej gennem en tyk glasklods. Vi vil dermed bestemme glassets brydningsindeks ved hjælp af brydningsformlen

$\frac{\sin (i)}{\sin (b)}=\frac{n_2}{n_1}$

hvor i er indfaldsvinklen, b er brydningsvinklen og $n_1$ og $n_2$ er brydningsindekserne for henholdsvis materiale 1, hvor strålen kommer fra og materiale 2, som strålen kommer til. Læg et stykke papir på bordet og placer glasklodsen ovenpå og tegn omridset af klodsen. Tænd for lyskilden og send en lysstråle igennem glasklodsen (sørg for at indfaldsvinkel $i_1$ ikke bliver for lille). Tegn nu strålegangen på papiret.

Kontroler, at strålegangene før og efter klodsen er parallelle ved at forlænge dem.

Mål nu vinklerne $i_1$ og $b_1$ og brug brydningsformlen til at finde glassets brydningsindeks, det vil sige $n_2$. For at få et mere pålideligt resultat, bør du gentage forsøget med en lidt anden indfaldsvinkel $i_1$. Hvis du får to forskellige værdier for brydningsindekset kan du bruge gennemsnittet af de to udregninger. Du skal få en værdi mellem 1,4 og 1,6, alt efter hvilken glassort, prismet består af.

Forsøg 2

Placer et halvcirkelformet prisme på et stykke papir og tegn prismets omrids. Angiv hvor centrum for halvcirklen er og afsæt grader på den cirkelformede del . Ret lysstrålen fra en laser ind imod centrum fra prismets cirkelbue.  Papiret med prismet drejes indtil der ikke mere passerer lys igennem prismet. Vi har altså opnået, at al lyset reflekteres – heraf ordet totalrefleksion. Den mindste indfaldsvinkel, som giver anledning til at al lyset reflekteres, kaldes for den kritiske vinkel. Brug den kritiske vinkel til at beregne brydningsindekset på glas prismet.

Undersøg om den kritiske vinkel er uafhængig af overgangen fra et materiale til et andet. Dvs. om lysstrålen går fra materiale 1 til materiale 2 eller fra materiale 2 til materiale 1.

Forsøg 3

Vi bruger nu en trekantet prisme. Hvad sker der med lyset når vi sender lyd gennemm denne prisme? Vi observere at lyset opdeles i et farve spektre. Lav et omrids af primet og marker strålegangen for hver side af spektreret.

Beregn nu hvad indfaldsvinkler og brydningsvinkler er for de to stråle gange. 

Opgaver

• Beregn brudningsindekset ud fra indfaldsvinkel og brydningsvinkel (forsøg 1)
• Beregn brydningsindekset ud fra den kritiske vinkel (forsøg 2)
• Kommenter på de observationer som du gjorde I forsøg 2 omkring den kritiske vinkel og overgangen. Forklar teoretisk for din observation.
• Hvorfor er det smart at bruge et halvcirkelformet prisme i forsøg 2. Hvad skulle man have gjordt, hvis man havde et kvadratisk prisme?
• Hvordan kan du forklare, at lyset opdeles i dets farvespektrum når det sendes igennem denne prisme?
• Hvorfor brugte vi en laser i forsøg 2?

• På billedet herover ses et hulprisme. Hulprismet er hult med et aftageligt låg hvorfor man kan kommer forskellige væsker ned i prismet. Forklar hvordan man ville kunne bestemme brydningsindekset på en vilkårlig væske ved hjælp af et hulprisme.