Als licht van het ene medium naar een ander gaat, kan het zijn dat er breking optreedt. Dit gebeurt als de lichtsnelheid in de twee media verschillend is. De brekingsindex n van een medium is gedefinieerd als de lichtsnelheid in vacuüm, c, gedeeld door de lichtsnelheid in het medium, v: n=c/v. Glas, bijvoorbeeld, heeft een brekingsindex van ongeveer 1,5.
De reden waarom breking optreedt bij de overgang tussen twee media, is dat licht altijd het pad van A naar B kiest dat de minste tijd kost. Aangezien de lichtsnelheiden de media verschillend is, zal dit pad niet meer zomaar een rechte lijn zijn. Door op te lossen welk pad de minste tijd kost, kom je uit op de wet van Snellius:
$\frac{\sin (\theta_1)}{\sin (\theta_2)} = \frac{n_2}{n_1}$ .
Hier zijn θ1 en θ2 respectievelijk de invalshoek en de brekingshoek, en n1 en n2 respectievelijk de brekingsindices van medium 1 en 2. Met deze formule kun je bijvoorbeeld de brekingshoek berekenen, als de overige grootheden bekend zijn. Ook kun je de kritische hoek berekenen. De kritische hoek is de hoek waarbij het licht nog net doordringt in medium 2. In dit geval is de lichtstraal in medium 2 parallel aan de grens tussen de media, dus θ2=90°. Omdat de sinus van 90 graden gelijk is aan 1, volgt uit de wet van Snellius dat
$\sin (\theta_c) = \frac{n_2}{n_1}$ .
Hier is θc de kritische hoek, met de c van critical. Uit bovenstaande formule volgt dat er alleen een kritische hoek kan bestaan als n2 kleiner is dan n1, want anders zou de sinus van θc groter moeten zijn dan 1, en er is geen hoek waarvoor dit gebeurt (de sinus ligt altijd tussen de -1 en de 1). Als θ1 groter is dan θc, treedt totale interne reflectie op.
De applet over de breking van licht bestaat uit drie delen: de inleiding, een deel over prisma’s, en een uitgebreidere versie van de inleiding. In de inleiding schijn je met een laser op het oppervlak van een ander medium, en kun je de drie lichtstralen zien die ontstaan. Ook kun je kiezen om de lichtstralen als golven te zien. Je kunt de brekingsindices van beide media aanpassen. Ook kun je de hoeken en de lichtsterkte op elke plaats meten.
In het deel over prisma’s kun je verschillende voorwerpen in het pad van de lichtstraal plaatsen, om te kijken wat er daarna gebeurt met de lichtstraal. Je kunt weer de brekingsindices van de voorwerpen aanpassen, en nu kun je ook de golflengte van het licht aanpassen. Verschillende golflengtes hebben een kleine afwijking in brekingshoek, dus als je voor de optie wit licht kiest kun je zien dat er een spectrum van licht ontstaat.
Klik hier voor de applet.
