Lys og Liv

I dette forsøg lavede vi tre forskellige øvelser. Vi startede med at sende en lysstråle ind på et perspex-legeme hvorefter vi målte udfaldsvinklen og sammenlignede med indfaldsvinklen, for at bevise at indfaldsvinklen er lig udfaldsvinklen. Altså for at bevise reflektionsloven. Derefter ændrede vi indfaldsvinklen til forskellige grader og aflæste så brydningsvinklen, for at bevise brydningsloven. Til sidst målte vi grænsevinklen, ved at sende lysstrålen vinkelret ind på perspex-legemet, så vinklen var 0^o og så dreje lysstrålen indtil den brudte linje lige akkurat forsvandt. Lovende blev bevist ved kvalitative forsøg og målinger.

Formål
Formålet med disse øvelser er at eftervise reflektionsloven og brydningsloven i forhold til lysets hast, ved at lave forsøg hvor vi selv vælger mål og så går ud fra resultaterne, og derefter ser om det følger lovene. Vi vil også undersøge om sin(i)/sin(b) er konstant. I dette tilfælde arbejder vi fra luft til glas.

Teori - hypotese
Reflektionsloven:
Spejling af lys i grænselaget mellem to homogene medier med forskellige optiske egenskaber, fx luft til glas, luft til metal og glas til vand. I dette tilfælde luft til glad.
Refleksionsloven siger, at den indfaldende stråle, den udgående stråle og normalen til grænsefladen ligger i samme plan (indfaldsplanet), og at vinklen mellem den indfaldende stråle og normalen (indfaldsvinklen) er lig med vinklen mellem den udgående stråle og normalen (udfaldsvinklen).

Brydningsloven/Snells lov – fra luft til glas:
Når lys bevæger sig fra luft til glas vil der også ske en brydning. Denne brydning kan ses på tegningen.

Vinklen ”i” kaldes indfaldsvinklen og er den vinkel lyset bliver kastet fra, fra normalen. Vinklen ”b”, kaldes så brydningsvinklen, og som navnet betegner, er det den vinkel lyset vil have, ved overgangen fra luft til glas. Vil man udregnehastighed ud fra vinklerne, eller omvendt, udregne vinklerne ud fra lysets hastighed kan man bruge denne formel.

^V1 betegner lysets hastighed i det stof lyset kommer fra, her luft, hvor ^v2 betegner hastigheden på det stof lyset vil bryde i, her glas. Som formlen viser, vil sinus til indfaldsvinklen, divideret med sinus til brydningsvinklen, være lig lysets hastighed i materiale 1, divideret med lysets hastighed i materiale 2.

Til at beskrive forholdet mellem to de to materialer bruger vi dette udtryk:

n_1,2=^v1/^v2
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

v=c/n

Lysets hastighed:
Når lys bevæger sig frit i luften, vil det bevæge sig med en hastighed på 3*10⁸m/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.

Vi har en hypotese om nogle datamålinger:
Vi vil beregne hvert tilfælde sin(i)/sin(b).  Vi forudsiger at sin(i)/sin(b) er konstant

Materialer:
Maskine til at lave lysstråle
vinkelmåler udskrevet på A4
Plant spejl.
Halvcirkelformet perspex-legeme

Fremgangsmåde:
Første øvelse placerer vi det plane spejl på vinkelmålerens midterlinje. Så tænder vi lysmaskinen og sender lysstrålen ind mod vinkelmålerens centrum så den rammer spejlet og reflekteres. Her måler vi så de sammenhørende værdier hos indfaldsvinklen og udfaldsvinklen.
I anden øvelse placerer vi det halvcirkelformede perspex-legeme på vinkelmåleren så midten af fladen på perspex-legemet rører centrum på vinkelmåleren. Så tænder vi endnu en gang lysmaskinen og sender lysstrålen ind mod den flade side så den rammer i halvcirklens centrum.
Sidste øvelse ændrer vi lysstrålens vinkel på perspex-legemet via normalen indtil at brydningsvinklen forsvinder helt.

Måledata, beregninger og resultater:
Vi regner med at 90grader svarer til 0 og så tæller vi grader ud til der hvor indfaldsvinklen rammer vinkelmåleren.
Vi lader indfaldsvinklen starte ved 22grader før 90 og udfaldsvinklen er 22grader efter 90
Dvs. at indfaldsvinklen = udfaldsvinklen

Vi har målt en indfaldsvinkel er derfra målt hvilken brydningsvinkel det gav.
Når indfaldsvinklen er:       23grader       er brydningsvinklen:           22grader
Når indfaldsvinklen er:       38grader       er brydningsvinklen:           32grader
Når indfaldsvinklen er:       44grader       er brydningsvinklen:           41grader

Så tester vi hypotesen:

sin(23)/sin(22) = 1,043043917
sin(38)/sin(32) = 1,161802404
sin(44)/sin(41) = 1,058835165

Vi bruger nu brydningsloven til at finde lysets hastighed fra luft til glas.– vi kender v1 som er 2,998·10⁸ m/s.­­­­­­­­­
v1 er derfor 299800000m/s

Lysets hast fra luft til glas er derfor:         263213647m/s

I sidste opgave finder vi ud af at når indfaldsvinkelen og udfaldsvinkelen er 60 grader fra normalen forsvinder brydningsvinklen.

Sidste del af sidste opgave drejer vi halvcirklen (perspex legme) mod grænselinjen og udfaldsvinklen, som er lig med refleksionslinjen bliver tydeligere.

Måleusikkerhed:
Vi oplever måleusikkerheden da vi ikke har målt præcist på vinkelmåleren. Da det ikke er lavet på computer kan vi ikke få halve grader osv. med.

perspex-legemet og det plane glas har højst sandsynligt heller ikke ligget helt lige og hvor det har skullet, men det er så tæt på som menneskeligt muligt.

Konklusion:
Min konklusion er at vi har eftervist reflektionsloven og brydningsloven i forhold til lysets hast, ved at lave de 3 øvelser, og derefter bekræftet at de følger lovene og vi har bekræftet vores hypotese om at sin(i)/sin(b) er konstant, hvis man ser bort fra måleusikkerheden.