Brydningsindeks med prisme

Fysik/kemi · 7.-9. klasse · Undersøgelse

Lysbrydning — når lys skifter medie

Lysbrydning (refraktion) sker når lys går fra ét gennemsigtigt stof til et andet (fx luft → glas → luft). Lyset skifter retning i overgangen.

Hvorfor sker det?

Lys bevæger sig langsommere i tættere medier:

• Vakuum: 300.000 km/s
• Luft: næsten samme (299.700 km/s)
• Vand: 225.000 km/s
• Glas: ~200.000 km/s
• Diamant: 124.000 km/s

Når lyset skifter hastighed, bøjes det ved grænsefladen.

Brydningsindeks (n)

n = c_vakuum / c_medie

| Stof | n |

|------|---|

| Vakuum | 1,00 (reference) |

| Luft | 1,0003 |

| Vand | 1,33 |

| Plexiglas | 1,49 |

| Glas (krown) | 1,52 |

| Diamant | 2,42 |

Jo højere n, jo mere bremses lyset, jo mere bøjes det.

Snells brydningslov

n₁ · sin(θ₁) = n₂ · sin(θ₂)

• n₁, θ₁: i indgangsmediet
• n₂, θ₂: i udgangsmediet
• Vinkler måles fra normalen (lodret linje på grænsefladen)

Forsøg: bestem n for glas

1. Tegn en normallinje på et papir

2. Placer et glas-prisme på papiret

3. Skin en laser mod prismet under en vinkel (fx 30° fra normalen)

4. Markér ind- og udgangsstrålens baner

5. Mål vinklerne med vinkelmåler

6. Beregn n = sin(θ_luft) / sin(θ_glas)

Spektret fra et prisme

Hvidt lys indeholder alle regnbuens farver. Hver farve har let forskelligt brydningsindeks — derfor bøjes rødt lys mindre end violet:

• Rød (750 nm): n_glas ≈ 1,515
• Violet (380 nm): n_glas ≈ 1,532

Et prisme spreder hvidt lys i regnbuens 7 farver (ROGGBIV).

Newton lavede dette forsøg i 1666 — og viste at hvidt lys er en blanding af alle farver. Chokerende dengang!

Pas på

• Brug små vinkler (<60°) for at undgå total intern refleksion
• Laser ALDRIG i øjnene — brug klasse 1 eller 2 lasere
• Laserlys på mat overflade (væg), ikke direkte i ansigtet
• Tegn præcist — små fejl → stor fejl i n

Læringsmål

• Forklare lysbrydning som skift i hastighed mellem medier
• Anvende Snells lov til at beregne brydningsvinkler
• Eksperimentelt bestemme brydningsindeks for glas eller plexiglas
• Identificere regnbuens farver fra et prisme
• Forklare hvorfor forskellige farver brydes forskelligt
• Relatere lysbrydning til anvendelser (linser, optik, fiberoptik)

Projekt: Regnbuens fysik

Lav en regnbue med en haveslange og solen (stå med ryggen til solen, spray fint vand). Forstå hvordan vanddråber fungerer som små prismer.

Udvidet: byg et simpelt spektroskop med en CD (virker som diffraktionsgitter!) og en papkasse. Se spektre af glødepærer vs. lysstofrør vs. LED — de er forskellige!

Brobygning: Optik er grundlaget for briller, kameraer, mikroskoper, teleskoper og fiberoptik (internet-backbone). På STX fysik B udvides til bølgeoptik og interferens. Spektroskopi bruges til at identificere grundstoffer i fjerne stjerner!