ROSKILDE TEKNISKE GYMNASIUM Brydningsloven og bestemmelse af brydningsindeks Fysikrapport, 5/9-2008 Louise Regitze Skotte Andersen, Klasse 2.4 Lærer: Ashuak Jacob France
2 Indhold Indledning... 3 Materialeliste... 3 Metode... 3 Resultater... 3 Luft til akryl... 3 Akryl til luft... 3 Teori... 4 Lysets hastighed... 4 Brydning fra luft til glas... 4 Diskussion... 5 Fejlkilder og usikkerhed... 6 Konklusion... 6
3 Indledning Denne rapport er udarbejdet i forbindelse med et fysikforsøg om brydningsloven og brydningsindeks. Formålet var at undersøge lysets brydning ved en overgang fra luft til akryl, samt fra akryl til luft, hvorefter brydningsindekset skulle bestemmes ud fra de opmålte gradeantal. Materialeliste Lysboks Halvcirkelformet akrylplade Cirkelformet gradeskive Metode Placer akrylskiven midt på gradeskiven. Placer lysboksen således at der vil blive kastet lysstråler igennem akrylskriven. Det er vigtigt at skelne mellem om lysstrålen bliver kastet igennem den flade, og den krumme side. Der vil ske en brydning fra akryl til luft, når lysstrålen rammer den krumme side, og fra luft til akryl når lysstrålen rammer den flade side Mål graderne for hvilke lysstrålen bliver kastet fra, samt graderne ved brydningen. Resultater Luft til akryl i b 10 6 20 12 30 19 40 25 50 30 60 35 70 38 Akryl til luft i b 5 8,5 10 16 15 24 20 32 25 41 30 50 35 61
4 Teori Lysets hastighed Når lys bevæger sig frit i luften, vil det bevæge sig med en hastighed på 3*10 8 m/s. Vi antager i al almindelighed at lysets hastighed i luften er den samme som lysets hastighed i vakuum, men denne hastighed gør sig ikke gældende for alle stof. For eksempel vil lyset ikke bevæge sig lige så hurtigt i vand som i luften, og det er derfor man vil se et knæk på eksempelvis et usugerør når det bliver stukket i et glas vand. Dette knæk på sugerøret kalder vi en brydning. En sådan brydning sker som sagt, fordi at lys ikke bevæger sig lige hurtigt i alle stoffer. Brydning fra luft til glas Når lys bevæger sig fra luft til glas vil der også ske en brydning. Denne brydning kan ses på tegningen: V 1 betegner lysets hastighed i det stof lyset kommer fra, her luft, hvor V 2 betegner hastigheden i det stof lyset vil bryde i, her glas. Som formlen viser, vil sinus til indfaldsvinklen, divideret med sinus til brydningsvinklen, nklen, være lig lysets hastighed i materiale 1, divideret med lysets hastighed i materiale 2. Denne formel kaldes også brydningsloven. Til at beskrive forholdet mellem to de to materialer bruger vi dette udtryk: Vinklen i kaldes indfaldsvinklen og er den vinkel lyset bliver kastet fra. Vinklen b, kaldes så brydningsvinklen, og som navnet betegner, er det den vinkel lyset vil have, ved overgangen fra luft til glas. Vil man udregne lysets hastighed ud fra vinklerne, eller omvendt, udregne vinklerne udfra lysets hastighed kan man bruge denne formel., sin sin N betegner brydningsindekset. Jo højere brydningsindekset er jo lavere er lysets hastighed. Brydningsindekset er defineret ud fra lysets hastighed for vakuum, idet dette er 1. Idet lys i alle materialer bevæger sig langsommere end i vakuum (c)bruger vi denne formel til at udtrykke lysets hastighed for et materiale. Brydningsloven og bestemmelse af brydningsindeks 5/9-2008
5 Diskussion Vi skal nu bestemme brydningsindekset. Til det vil vi bruge formlen: Luft til akryl sin sin b i b n 1 10 6 1,66 20 12 1,65 30 19 1,54 40 25 1,52 50 30 1,53 60 35 1,51 70 38 1,52 Gennemsnit n 1 1,56 Akryl til luft i b n 2 5 8,5 0,58 10 16 0,62 15 24 0,63 20 32 0,64 25 41 0,64 30 50 0,65 35 61 0,65 Gennemsnit n 2 0,63 Vi vil nu vise at: 1 1,56 0,63 0,98 1
6 Fejlkilder og usikkerhed Der er et par fejlkilder til et sådant resultat, der gør det upræcist. For eksempel kan man ikke altid regne med at vinklerne i vinkelmåleren er 100 % korrekt, efter de præcise standarter. En anden fejlkilde kan være at det er svært at aflæse den præcise vinkel og sætte laseren i den eksakte vinkel. Konklusion Forsøget var vellykket og vores resultater passede godt med den teori der ligger til baggrund for forsøget. Det lykkedes os at finde brydningsindekset for akryl. Ved at vi nu har brydningsindekset for akryl, vil vi kunne måle lysets hastighed i akryl, hvis vi skulle få brug for det.