Ineke experimenteert met laserpennen. Ze richt de lichtbundel van een rode laserpen schuin naar boven op de onderkant van een glazen bak met water. Bij het wateroppervlak breekt de lichtbundel. Zie figuur 1.
In figuur 2 is getekend hoe bij een bepaalde stand van de laserpen de rode lichtstraal wordt gebroken.
Opgaven
a) Toon met behulp van een afdruk van figuur 2 aan dat de brekingsindex die Ineke vindt, overeenkomt met die in Binas.
Ineke draait de rode laserpen zo dat de gebroken lichtbundel precies langs het wateroppervlak scheert.
Vervolgens houdt ze naast de rode laserpen een blauwe. In figuur 3 is het verloop van de rode en blauwe lichtbundel getekend.
b) Verklaar het verschil tussen het verloop van de blauwe lichtbundel en dat van de rode lichtbundel. Gebruik in je antwoord de begrippen brekingsindex en grenshoek.
Ineke houdt ook nog een groene laserpen naast de rode en de blauwe. Zie figuur 4.
c) Teken het verdere verloop van de groene lichtbundel.
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
Met behulp van een afdruk van figuur 2 kan je bepalen dat de hoek van inval 42° is en de hoek van breking 63°. Zie figuur 5.
figuur 5.
Voor de breking van water naar lucht geldt:
sin i / sin r = 1 / n
En de brekingsindex n kan dus eenvoudig berekend worden:
n = sin r / sin i = sin 63 / sin 42 = 1,3
In BINAS tabel 18 kan voor de brekingsindex van water een waarde van 1,33 gevonden worden. Dit komt dus overeen met de waarde die Ineke vindt.
Uitwerking vraag (b)
In BINAS tabel 18 kan gevonden worden dat de brekingsindex van rood licht kleiner is dan die van blauw licht. Met behulp van de brekingsindex kan de grenshoek berekend worden:
sin g = 1 / n
Omdat rood licht een kleinere brekingsindex heeft, heeft het dus een grotere grenshoek.
Het hoek van inval van het rode licht is op de afbeelding precies de grenshoek. De hoek van inval voor het blauwe licht is even groot en dus groter dan de grenshoek van het blauwe licht. Hierdoor zal het blauwe licht volledig terugkaatsen.
Uitwerking vraag (c)
De brekingsindex van groen licht zit tussen die van rood en blauw licht in. De grenshoek van groen licht zit dus ook tussen die van rood en blauw in. Aangezien de hoek van inval voor het groene licht even groot is als die hoek van inval voor het rode licht, is deze dus groter dan de grenshoek van het groene licht.
Ook bij het groene licht treedt terugkaatsing op. Het verloop van groene lichtbundel is getekend in figuur 6.
figuur 6.
