Licht reist niet met dezelfde snelheid in lucht, glas en water. De lichtsnelheid in lucht is 3 x 106 m/s. In water is dit 2,25 × 108 m/s en in glas is dit 2 x 108 m/s. Dit komt omdat glas optisch dichter is dan water en water optisch dichter dan lucht. Van een medium wordt gezegd dat het dichter is als de lichtsnelheid afneemt en er wordt gezegd dat het zeldzamer is als de lichtsnelheid toeneemt.
Licht reist in een rechte lijn in een medium. maar wanneer een lichtstraal die zich in een transparant medium voortplant, schuin op het oppervlak van een ander transparant medium valt, verplaatst het zich in een ander medium in een recht pad maar in een andere richting dan zijn oorspronkelijke richting. De verandering in de richting van het pad van het licht wanneer het van het ene transparante medium naar het andere gaat, wordt de breking van licht genoemd.
Een lichtstraal die op het oppervlak valt en twee medium scheidt. \(\angle i\) is de invalshoek tussen de invallende straal en de normaal en \(\angle r\) is de brekingshoek tussen de gebroken straal en de normaal. Afwijking is de hoek tussen de richting van de gebroken straal en de richting van de invallende straal. Daarom is \(\angle\delta\) = \(\mid \angle i - \angle r \mid\)
Breking van licht gehoorzaamt aan twee wetten die bekend staan als de brekingswetten van Snellius.
\(\mu = \frac{3 X 10 ^8ms^{-1}}{2.25 X 10 ^8 ms{-1}} = \frac{4}{3} = 1.33\)
Opmerking: geen enkel medium kan een brekingsindex van minder dan 1 hebben.
Brekingsindex (µ) van enkele veelvoorkomende stoffen
| stoffen | µ | stoffen | µ |
| Vacuüm | 1,00 | Lucht | 1,00 |
| Ijs | 1.31 | Water | 1.33 |
| Alcohol | 1.37 | Glycerine | 1.47 |
| gewoon glas | 1.5 | Kerosine | 1.41 |
Vraag 1: Wat zijn de voorwaarden voor een lichtstraal om bij breking onveranderd door te gaan.
Oplossing: Er zijn twee voorwaarden - (1) wanneer de invalshoek gelijk is aan 0. (2) Wanneer de brekingsindex van beide medium hetzelfde is.
Principe van omkeerbaarheid Als de brekingsindex van medium 2 ten opzichte van medium 1 \(_1\mu_2= \frac{sin \ i}{sin \ r}\) is en de brekingsindex van medium 1 ten opzichte van medium 2 is dan \(_2\mu_1 = \frac{sin \ r}{sin \ i }\) , dan \(_1\mu_2 \times _2\mu_1 = 1\) of we kunnen zeggen \(_1\mu_2 = \frac{1}{_2\mu_1}\) |
Vraag 1: Als de brekingsindex van glas ten opzichte van lucht 3/2 is, wat is dan de brekingsindex van lucht ten opzichte van glas?
Oplossing: a µ g = 3/2, dus g µ a is \(\frac{1}{^3/_2} = \frac{2}{3}\) .
Snelheid: wanneer een lichtstraal wordt gebroken van een zeldzamer naar een dichter medium, neemt de lichtsnelheid af, terwijl als het wordt gebroken van een dichter naar een zeldzamer medium, de lichtsnelheid toeneemt.
Frequentie: De frequentie van licht hangt af van de lichtbron en verandert dus niet bij breking.
Golflengte: De lichtsnelheid v in een medium, de golflengte van licht λ in dat medium en de frequentie van licht f zijn gerelateerd als v = fλ.
Wanneer licht van een zeldzamer naar een dichter medium gaat, neemt de golflengte af en wanneer licht van een dichter medium naar een zeldzamer medium gaat, neemt de golflengte toe.
(1) De diepte van het water in een vaartuig, gezien vanuit de lucht, lijkt minder te zijn
De echte diepte is OS. Een lichtstraal vanaf punt O die verticaal op het water-luchtoppervlak valt, gaat recht langs SA. Een andere straal OQ die invalt op het water-luchtoppervlak op punt Q wanneer hij naar lucht gaat, buigt weg van de normale NQ en gaat langs het pad QT. Wanneer straal QT terug wordt geproduceerd, ontmoeten de twee gebroken stralen elkaar in punt P. Dus P is het beeld van O. Dus voor de waarnemer lijkt de diepte van het vat SP te zijn in plaats van SO vanwege de breking van licht van water naar lucht .
(2) Vroege zonsopgang en late zonsondergang
(3) Luchtspiegeling in de woestijn
Soms wordt in woestijnen een omgekeerd beeld van een boom gezien, wat een valse indruk geeft van water onder de boom. Dit wordt luchtspiegeling genoemd. De oorzaak van de luchtspiegeling is te wijten aan breking van licht. Net als in de woestijn warmt het zand heel snel op, daarom wordt de luchtlaag die in contact staat met het zand opgewarmd. Hierdoor is de lucht nabij de grond warmer dan de bovenste luchtlagen. Met andere woorden, de bovenste lagen zijn dichter dan eronder! Wanneer een lichtstraal van de zon na reflectie van de top van een boom van een dichtere naar een zeldzamere laag gaat, buigt deze af van de normaal. Dus bij breking aan het scheidingsoppervlak van opeenvolgende lagen, neemt elke keer dat de brekingshoek toeneemt en de invalshoek van de straal die van dichter naar zeldzamer gaat, ook toe totdat deze 90° bereikt. Bij verdere toename van de invalshoek van dichtere naar zeldzamere laag lijdt volledige reflectie en nu gereflecteerd licht reist van zeldzamer naar dichter medium, vandaar dat het bij elke breking naar de normaal buigt. Bij het bereiken van het oog van de waarnemer wordt een omgekeerd beeld van de boom gezien.
Wanneer de invallende straal AB op een glasplaat valt, valt deze in op het punt van inval B. De straal AB gaat van lucht naar glas, buigt naar de normaal en volgt het pad BC. Wanneer de gebroken straal BC opnieuw het glasoppervlak raakt bij punt C, buigt deze weg van de normaal terwijl de straal van glas naar lucht reist en het pad CD volgt. De opkomende straal CD is evenwijdig aan de invallende straal AB. Dus opkomende straal en invallende straal zijn in dezelfde richting maar zijdelings verplaatst.
Een prisma is een transparant medium begrensd door vijf vlakke vlakken met een driehoekige doorsnede. Twee tegenover elkaar liggende oppervlakken van een prisma zijn identieke driehoeken, terwijl de andere drie oppervlakken rechthoekig zijn en op elkaar hellen.
Wanneer een lichtstraal van één kleur op het hellende prismaoppervlak valt, valt de invallende straal PQ op het prismavlak, gaat van lucht naar glas, buigt naar de normaal en reist door pad QR. Wanneer de gebroken straal QR het prismavlak bij R raakt, treedt er een andere breking op. Nu gaat de straal QR van glas naar lucht, zodat hij van de normaal afbuigt en in de richting RS reist. Dus bij het passeren van het prisma buigt de lichtstraal naar de basis van het prisma.
