Lichtbreking met een prisma, een rooster en wat Fischertechnik

Datum:  Januari 2025

Inleiding:

Experimenteren met prisma's en roosters

Materiaal:

  • Fischer Technik Optics (520399)
  • Fischer Technik EC3
  • Fischer Technik Starter Set for Micro:Bit
  • Prisma
  • Rooster
  • Wit Papier
  • Camera
  • PC met mu-editor geïnstalleerd

Uitvoering:

  • De opstelling wordt gebouwd volgens onderstaand schema
  • Prisma en rooster worden op een draaitafel geplaatst zodat men gemakkelijker en stabieler de hoek kan veranderen
 
  • De draaitafel wordt beschreven in de Fischer Techniks Optics
  • In ondertaande foto is de prismahouder te zien die op de draaitafel geplaatst wordt
  • De verlichtingsbron is een wit Fischer Technik LED. Op onderstaande foto is nog een kapje te zien. Dat is later verwijderd .
  • De lens komt uit de EC-3 kit
  • De Micro:Bit wordt gebruikt om de LED aan te zetten
De code die gebruikt is om de LED aan te zetten m.b.v. de Micro:Bit.

Resultaten:

Prisma spectra


Rooser spectra

Discussie:

Voor elke golflengte heeft een glas een andere brekingsindex. Bij breking van een lichtstraal die op een glazen prisma valt kan men waarnemen dat er kleurspreiding optreedt. We zien dan een kleurenspectrum. De deviatie (richtingsverandering) bij breking is afhankelijk van de golflengte.
Het prisma is dus in staat het witte licht te scheiden in alle afzonderlijke delen. We noemen dit kleurschifting of dispersie.
Een prisma is een driehoekig stuk glas. Als een lichtstraal schuin invalt op het prisma treedt er bij de overgang van lucht naar glas treedt eerst een breking op naar de normaal toe. Bij de tweede breking, van glas naar lucht, treedt een breking op van de normaal af waarbij, door de vorm van het prisma, de normaal anders loopt en er extra breking optreedt, waarbij het wit licht dan gescheiden wordt in zijn componenten

 
Het effect van een rooster op lichtstralen is schematisch weergegeven in onderstaande figuur:
Als lichtstralen door een rooster vallen worden ze gesplitst in verschillende lichtstralen. Dit wordt veroorzaakt door de interferentie van lichtgolven hetgeen beschreven wordt door ondertaande roosterformule:

     d.sin(q) = m. l

waarin:

  • d de afstand is tussen twee roosterlijnen
  • q is de hoek waarbij het licht gediffracteerd wordt
  • m is de diffractie orde (m =0,1,2, ...)
  • l is de golflengte van het licht

Het resultaat is een rij van lichtvlekken (bv m=0) of spectra (bv m=1) bij verschillende hoeken, corresponderende met de verschillende golflengtes van het licht.

Opmerkingen:

  • I.p.v. de Micro-Biot kan men ook een batterijhouder gebruiken om de lens aan te zetten
  • Links en rechts zijn nog wat onderdelen uit de meer generieke Fischer Technik dozen gebruikt

Literatuur:

  • Bernard Valeur; "Licht en geluid"; Veen Media; 2012; ISBN 9789085711223.
  • Joel Levy; "Newton's Notebook"; Running Press; 2010; ISBN 9780762437788, p. 60,61.
  • R.J. Flink: "Fysische optica"; Nijgh^& Van Ditmar; 1992; ISBN 9023606728; p. 43-59.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

 

Achtergrondinformatie:
Isaac Newton (1642-1727) wordt beschouwd als een van de grootste genieën in de natuurkunde. Newton was de zoon van een hereboer, die stierf voor zijn geboorte. Zijn moeder hertrouwde toen hij twee was en liet de jonge Isaac door zijn grootmoeder, in een niet echt liefdevolle omgeving, opvoeden. Newton zou er zijn hele leven bitter over blijven en nooit trouwen. Hij had een lastig karakter en lachte nooit. Voor zijn 30ste formuleerde hij de de basis concepten van de wetten van de mechanica, ontdekte hij de universele zwaartekrachtswet en had hij nieuwe wiskundige methodieken uitgevonden (o.a. integraalrekening). Als gevolg van deze theorieën was Newton in staat om de beweging van de planeten en de getijden te verklaren. Bij dat onderzoek kwamen ook de wetten van behoud van energie en van impuls aan de oppervlakte.
Hij is ook erg bekend geworden door te ontdekken dat wit licht een mengsel is van kleuren. Hij vond een sterk verbeterd model telescoop uit dat op spiegels gebaseerd werd i.p.v. lenzen, stelde de deeltjestheorie voor licht op en berekende de schommeling van de aardas. Naast de natuurkunde hield hij zich ook bezig met alchemie en theologie.
 

02/02/2025