Breking

Oversteken
Tijdens de introductiedagen van de brugklassers, moet een groep brugklassers een stuk mul zand oversteken. Oorspronkelijk lopen ze op een grasveld in de richting zoals aangegeven in nevenstaande figuur.
De beweging van de groep brugklassers wordt vanaf een hoog standpunt bestudeerd. Uit deze observatie zal al snel blijken dat de wandelaars enigszins in een andere richting gaan lopen wanneer zij het mulle zand bereiken (sterk overdreven weergegeven in nevenstaande figuur). De oorspronkelijke richting keert weer terug als ze het mulle zand verlaten en weer op een grasveld gaan lopen.
Er is duidelijk te zien dat de hoek waaronder de brugklassers lopen ten opzichte van het scheidingsvlak tussen gras en zand verandert. Dit verschijnsel wordt breking genoemd. Het heeft te maken met de snelheid waarmee de groep zich zal verplaatsen. In het mulle zand ondervinden ze veel meer weerstand waardoor hun snelheid af zal nemen. In een situatie waarin breking van toepassing is, worden de invalshoek en de brekingshoek gedefinieerd. Deze worden gemeten ten opzichte van de normaal op het oppervlak.
Ook in nevenstaande figuur zijn de invalshoek en brekingshoek op te meten. wat valt er hierbij op aan de resultaten?


Breking in de optica
Breking is het verschijnsel waarbij de richting van een lichtstraal veranderd wanneer deze lichtstraal zich verplaatst naar een andere stof (een stof waarin de lichtsnelheid anders is). In de praktijk bestaan er twee situaties: een overgang naar een (optisch) dichtere stof en een overgang naar een (optisch) minder dichte stof.

Overgang naar een (optisch) dichtere stof
Zie nevenstaande figuur voor een voorbeeldsituatie. De lichtstraal verplaatst zich naar een stof waarin de lichtsnelheid kleiner is (een optisch dichtere stof). Voorbeelden hiervan is de overgang van lucht naar water, van lucht naar glas of van water naar glas. In deze situatie treedt breking naar de normaal toe op. Dit betekent dat de invalshoek i groter is dan de brekingshoek r. Voor berekeningen aan deze situatie geldt de wet van Snellius:

   

In deze formule staat i voor de invalshoek (in ), r voor de brekingshoek (in ) en n voor de brekingsindex (een stofeigenschap die te vinden is in Binas tabel 18 en die geen eenheid heeft). De brekingsindex is niets meer dan de verhouding van de lichtsnelheden in beide stoffen.
 

Overgang naar (optisch) minder dichte stof
Zie nevenstaande figuur voor een voorbeeldsituatie. De lichtstraal verplaatst zich naar een stof waarin de lichtsnelheid kleiner (een optisch minder dichte stof) zal zijn. Voorbeelden hiervan zijn de overgang van water naar lucht of van glas naar lucht. In deze situatie treedt breking van de normaal af op. Dit betekent dat de invalshoek i kleiner is dan de brekingshoek r. Voor berekeningen aan deze situatie geldt weer de wet van Snellius:

   

In deze formule staat i voor de invalshoek (in ), r voor de brekingshoek (in ) en n voor de brekingsindex (dit is dezelfde brekingsindex dan eerder genoemd).
Bij de overgang naar een optisch minder dichte stof kan zich echter een bijzondere situatie voordoen. Voor de overgang naar een optisch dichtere stof is de brekingshoek immers groter dan de invalshoek waardoor breking bij een bepaalde grootte van de invalshoek niet meer "past". Bij een bepaalde invalshoek, de grenshoek, treedt dan totale reflectie op. Het vlak tussen de twee stoffen gedraagt zich dan als een (nagenoeg) perfecte spiegel. De grenshoek is te berekenen door in de wet van Snellius een brekingshoek van 90 in te vullen:

   

In deze formule staat g voor de grenshoek (in ) en n voor de brekingsindex. In de praktijk kunnen er zich nu drie situaties voordoen als er sprake is van een overgang naar een optsich dichtere stof.

A.    i < g    Er treedt breking op. De brekingshoek volgt uit bovenstaande formule

B.    i = g    De brekingshoek bedraagt 90, m.a.w. de gebroken lichtstraal scheert over het scheidingsvlak    
                   tussen de stoffen verder. Deze situatie komt in
                   de praktijk bijna nooit voor omdat hij simpelweg niet te realiseren is.

C.    i > g    Er treedt totale reflectie op. De reflectiehoek is te bepalen met de regel "hoek van inval = hoek van
                   terugkaatsing".


 


Opgaven breking

Uitwerkingen opgaven breking


Terug