Laborationsrapport i Fysik A (Optik)

LABORATIONSRAPPORT – OPTIK
Inledning
För den normala individen, ter det sig vara uppenbart att ljus bryts vid passage av diverse föremål. I affärerna finns prismor att köpa, som tydligt illustrerar detta fenomen. Det träffas av solstrålar och bildar nya ljusstrålar utifrån den enda, vita strålen, som visar nya färger.
Ljusvågor har en infalls-, utfalls- och reflexionsvinkel. Infallsvinkeln är ljusets ursprungliga vinkel mot ett föremål (mätt från normalen). En del av det ljuset reflekteras tillbaka, med en ny vinkel. Ljuset som man ser från andra sidan, är utfallsstrålen.
I denna labbrapport beskrivs fenomen som dessa, samt hur man går tillväga för att uppnå totalreflexion, dvs. då ingen reflexionsstråle uppstår.
Metod
Med hjälp av laser i ställning eller laserpekare samt ett gradskivapapper och prisma, kunde vi anskaffa oss resultaten. Genom att hålla laserpekaren stadigt, placera prismat i mitten av gradskivappret, och anteckna utfallsvinkeln, kunde vi beräkna brytningsindexen av olika färger. För att kolla totalreflexionen vred vi pappret med föremålet på, tills inget av strålen gick igenom.
Resultat

Med hjälp av laser bevisades totalreflexion vara ≥45°
Brytningsindex för grönt ljus: 1,00 × sin⁡〖61°〗=n × sin⁡〖30°〗 →n=1,75
Brytningsindex för rött ljus: 1,00 × sin⁡〖60°=n ×sin⁡〖30°〗 〗 →n=1,73
Diskussion
Energi är det en av universums fundamentala krafter. Utan energi skulle ingenting fungera. Det kan delas upp i många olika former, men i själva verket finns bara två principiella energiformer: kinetisk energi och potentiell energi.
Ljus? Vad är det? Energi. Det vi vet är att det själva verket är ljusvågor, vågrörelser med olika våglängder. Ljusvågorna står för rörelse av fotoner. Av den anledningen mäts energin genom rörelseenergiformeln E_k=(mv^2)/2 . Allt är inte synligt, utan endast det ögat är kapabelt till att fånga in. Det färdas i hastigheten c (celeras), vilket är cirka 300000km/h. Man brukar säga att inget är snabbare än ljusets hastighet, i praktiken. Däremot, i teorin, så finns det undantag. (Det studeras inte i denna rapport).
Det är känt att ljus har olika brytningsvinklar och brytningsindex. Om en ”ljusstråle” går från ett optiskt tunnare föremål till ett optiskt tätare, ändras vinkeln. Ljuset har endast konstant riktning om det stannar kvar i samma föremål. I ett optiskt tätare föremål menas att densiteten (tätheten) av atomerna är större. Tätheten gör det svårare för ljus att passera, då det bromsas av ett motstånd från atomerna – detta gör vinkeln mindre; är emellertid omgivning optiskt tunnare, så färdas ljuset emot mindre hinder, vilket skulle öka vinkeln.
En ljusstråle innehåller många färger, om den bryts av exempelvis en prisma framstår dem. Ett exempel på dessa färger är då regnbågen bryts som en avbildning på ljusreflexionen av vattenkristaller – våglängden av dem ändras och färger framträder. Ett till exempel på färgbrytning, är himlen. Varför är den blå egentligen? Att den är blå i vanligt dagsljus, beror på att vi först och främst har en atmosfär. Utan atmosfären skulle inte ljuset kunna spridas mot oss. I solens läge till oss under dagstid, faller ljuset in mot atmosfären så pass att färgen blå uppstår, färgen med kortast våglängd. Däremot, när ljuset infaller vid solnedgång, är infallsvinkeln allt mycket ”lägre”, vilket bidrar med mer motstånd för ljuset och en skildring av färgen röd, med ”högst” våglängd. Med denna kunskap kan man undersöka rymden och dess mörker. Det finns helt enkelt ingen atmosfär i rymden, ljuset kommer således inte fram till oss. Ljus sprids och ger oss syn tack vare diffusa ytor, alltså ojämnheter vilket sprider ljuset.
Detta fenomen som beskrivs ovan kallas ”Rayleighspridning”. Intensiteten hos det infallande ljusets blåa färg, är fem gånger större än den röda färgen, vilket gör att himlen ser blå ut. Eftersom att röd har så pass lång våglängd (7000 ångström, 〖10〗^(-10) m), så är den kring kvällstid den enda färgen som är uthållig nog att passera hela atmosfären.
Det som uppmärksammades i detta labb var totalreflexion, dvs. då hela strålen reflekteras. Vanligtvis, då en stråle från ett optiskt tätare infaller mot ett optiskt tunnare, uppstår två till strålar: en stråle som fortsätter igenom det nya föremålet, medan en annan reflekteras tillbaka, med samma vinkel som infallsstrålen. Vid en infallsvinkel, då är den penetrerande strålen mer eller lika med 90°, vilket ger oss totalreflexion – vinkeln är så stor att inget ljus tar sig igenom. Vi har nu två kompletta strålar, kontrollerbara. Totalreflexion är väldigt viktigt inom fiberoptik, då man utnyttjar denna väldiga hastighet och kontrollbarhet av ljusstrålar, samt att ingen energi går till spillo, vilket det annars skulle göra om strålen delas upp i två.