Kromme laserstraal

Datum: Augustus 2010

KIJK NOOIT RECHTSTREEKS IN EEN LASERSTRAAL
DAAR KAN MEN BLIND VAN WORDEN

Inleiding:

Ik las dit experiment in het NWT magazine van juni 2010. Ik had al eens eerder over dit experiment gelezen maar mijn poging om het even in een verloren uurtje uit te voeren mislukte. Tijd om het nog eens te proberen.

Principe:

Door de aflopende suikerconcentratie in een bakje met suikeroplossing verloopt de brekingsindex waardoor de laserstraal afbuigt.

Materiaal:

  • laserpointer
  • transparant bakje
  • water
  • suiker
  • wasknijper
  • potje met deksel
  • trechter

Uitvoering

  • Vul het transparante bakje met water.

  • Leg de laserpointer op een verhoging en gebruik de wasknijper om het knopje ingedrukt te houden en de pointer stabiel neer te leggen.

  • Richt de pointer op het bakje en observeer.
  • Leg eventueel wat papier onder de achterkant van de laserpointer om de straal horizontaal te maken.
  • Giet de helft van het water weg.
  • Maak een geconcentreerde suikeroplossing in het potje met deksel (bv half suiker half water). Schud goed.
  • Plaats de trechter in het midden van het bakje en giet de suikeroplossing in de trechter (men hoeft hier niet al te voorzichtig te zijn).
  • Haal de trechter uit het bakje.
  • Herhaal de handelingen met de laserpointer zoals reeds beschreven.

Resultaten:

Alleen water
Suikeroplossing
Afbuigende laserstraal.
Reflectie op de bodem.

Discussie en conclusie:

De observatie die we kunnen doen is eenduidig. In tegenstelling tot wat men observeert in de water oplossing waar de lichtstraal volgens verwachting een rechte lijn volgt kan men zien de de laserstraal in de suikeroplossing sterk afbuigt.
De brekingsindex van een stof is gedefinieerd als de verhouding van de lichtsnelheden in vacuüm (of lucht) en in de betreffende stof. Bij een bepaalde temperatuur en golflengte is het een stofconstante. De brekingsindex van een vloeistof kan ons iets zeggen over zijn zuiverheid, zijn aard, zijn concentratie in een oplosmiddel of de mengverhouding met een andere stof. Een monochromatische lichtstraal, gaande van een minder dicht medium naar een dichter medium, wordt in het algemeen gebroken naar de normaal toe.

Volgens de wet van Snellius geldt daarbij:

waarbij n1 de brekingsindex is van de stof met een lagere dichtheid en n2 de brekingsindex van een stof met een hogere dichtheid.
Door het toevoegen van suiker aan water veranderd de dichtheid maar vooral de brekingsindex van de oplossing en creëren zo gradiënt over een deel van de oplossing. De brekingsindex van zuiver water is 1.33, een 85%-ige suikeroplossing heeft een brekingsindex van 1.50. De situatie is schematische weergegeven in onderstaande figuur.
Deze toename in brekingsindex zorgt ervoor dat de straal naar beneden afbuigt (Wet van Snellius).

Literatuur:

  • Jo Hermans; 'Zoete fata morgana'; NWT Magazine; juni 2010; p. 70,71.
  • William M. Strouse; 'Bouncing Light Beam'; American Journal of Physics; 40 June 1972; p. 913, 914.
  • Se-yuen Mak; 'Showing the Light Path of a Mirage'; The Physics Teacher; 31 November 1993; p. 476, 477.
  • Paul Gluck; 'Material and Optical Densities'; The Physics Teacher; 45 March 2007; p. 140, 141.
  • John B. Johnston; 'Atmospheric Refraction'; The Physics Teacher; 15 May 1977; p. 308, 309.

Relevante websites:

Minder relevante websites:

Opmerkingen:

  • Het bakje heb ik bij de Hema gekocht voor € 2.50.
  • Uiteraard vind ik dit een leuke rubriek in het NWT magazine. Wat ik echter minder leuk vind is dat er zelden fatsoenlijke literatuurreferenties gegeven worden. Ik wist nl. zeker dat ik al eens eerder over dit experiment had gelezen maar op deze manier is niet makkelijk te achterhalen waar.
  • Het is niet noodzakelijk om dit experiment met een groene laserstraal uit te voeren.
  • Tijdens het zoeken op het web kwam ik de opmerking tegen dat men dit experiment ook met zout kan uitvoeren.
  • Een andere opmerking die ik tegenkwam was dat door het toevoegen van een beetje koffiemelk de laserstraal beter zichtbaar wordt.
  • In het artikel van Strouse plaatst men suikerklontjes in de bak en laat deze oplossen zonder te roeren. Indien de bak lang genoeg is zal de afbuigende straal reflecteren op de bodem van het bakje en nogmaals een kromme doorlopen.

Achtergrondinformatie:

Zonsondergang

Als men naar de zonsondergang kijkt kan men de zon nog zien enkele minuten nadat deze onder de horizon is gezakt. Dit komt omdat het licht afgebogen wordt door de atmosfeer. Aangezien de dichtheid van de aardatmosfeer geleidelijk veranderd en steeds dichter wordt naarmate men het oppervlak nadert zullen de stralen afgebogen worden naar het oppervlak toe (analoog aan de suikeroplossing). Dagen kunnen ca. 5 minuten langer lijkek dan ze werkelijk zijn. De situatie is schematisch weergegeven in onderstaande figuur.

28/08/2010