Springen naar inhoud

[Optica] Brekingsindex/ lichtsnelheid


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Dalton

    Dalton


  • >250 berichten
  • 808 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 31 oktober 2005 - 10:11

Ik heb de zoekfunctie geprobeerd maar niks gevonden.
De minicursussen ben ik afentoe stukjes van aan het lezen, maar een collega en ik vroegen ons iets af.

Wat veroorzaakt nou de breking van het licht van bijvoorbeeld lucht naar water?
Wordt dit veroorzaakt door het verschil in lichtsnelheid, en zo ja wat veroorzaakt dit verschil?
Het schijnt dat massa niet de reden is omdat hogere dichtheden niet voor een groter verschil zorgen.

(American Journal of physics Volume 23, number 9 december 1955)

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Onzejozef

    Onzejozef


  • >100 berichten
  • 124 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 31 oktober 2005 - 11:43

Nu, het heeft niets met verschil in lichtsnelheid te maken, immers deze constant is.

Lees hier hoe het werkt.

#3

klazon

    klazon


  • >5k berichten
  • 6610 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 31 oktober 2005 - 12:08

Volgens die Wiki-pagina heeft het wel degelijk met lichtsnelheid te maken. Die is in vaste stoffen en vloeistoffen lager dan in vacuŁm. En dat veroorzaakt dus de breking.

#4

Dalton

    Dalton


  • >250 berichten
  • 808 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 31 oktober 2005 - 12:39

Volgens die Wiki-pagina heeft het wel degelijk met lichtsnelheid te maken. Die is in vaste stoffen en vloeistoffen lager dan in vacuŁm. En dat veroorzaakt dus de breking.


Maar waarom?
Waarom wordt licht 'geremd' in andere stoffen?
En wat veroorzaakt dan de breking?

#5

Bart

    Bart


  • >5k berichten
  • 7224 berichten
  • VIP

Geplaatst op 31 oktober 2005 - 13:16

Licht wordt door atomen geabsorbeerd en weer uitgezonden. Dit effect kost tijd en zal de totale tijd dat een foton over een bepaalde afstand doet laten toenemen met als gevolg een kleinere lichtsnelheid. Merk wel op dat de snelheid van het licht tussen de atomen zelf gewoon c is.

Een foton dat van het ene medium naar het andere gaat, wil een zo kort mogelijke tijd hebben. Aangezien de snelheden waarmee de foton zich voortplant in beide media verschillen, zal er een knik in het pad zitten dat door de foton wordt gevolgd. In het ene medium gaat de foton namelijk sneller dan in het andere. Hij zou dus langer in dat medium willen zitten, omdat dit de tijd die hij onderweg is reduceert. Zit hij echter te lang in dat medium, dan maakt hij een te grootte omweg en verliest deze weer tijd. Door dit optimalisatieprobleem op te lossen bekom je het antwoord van de brekingsindices. Dit is als eerste door Snellius uitgerekend, met behulp van de Stelling van Fermat over het minimaliseren van de tijd.
If I have seen further it is by standing on the shoulders of giants.-- Isaac Newton

#6

Antoon

    Antoon


  • >1k berichten
  • 1750 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 31 oktober 2005 - 13:44

Licht wordt door atomen geabsorbeerd en weer uitgezonden. Dit effect kost tijd en zal de totale tijd dat een foton over een bepaalde afstand doet laten toenemen met als gevolg een kleinere lichtsnelheid. Merk wel op dat de snelheid van het licht tussen de atomen zelf gewoon c is.  

je zal er niet om liegen maar ik snap dit niet.
Het gaat toch om transparante voorwerpen? dan worden fotonen toch niet door de atomen geabsorbeerd? dan bewegen ze er toch door heen? hoe zit dit?

en hoe komt het dat als een foton (die dus geabsorbeerd blijkt te worden) word geabsorbeert dan in de zelfde richting word uitgespuwd als dat hij word ingenomen?

#7

StrangeQuark

    StrangeQuark


  • >1k berichten
  • 4160 berichten
  • VIP

Geplaatst op 31 oktober 2005 - 14:36

Dat zijn hele goede vragen. Bart heeft helemaal gelijk, de fotonen vallen op de atomen, en die brengen het electron in een hoger energie niveau, en zodra het electron weer terug valt zend deze een foton uit (het werkt ook wel met resoneren van het electron, maar dat is ff minder belangrijk). Dit foton gaat alle kanten op. Echter in de richting naar links en naar rechts en naar achtere (als je het 2D voorstelt) wordt het uitgedoofd door interferentie. Alleen in de richting van de straal wordt het constructief versterkt door interferentie.

De reden dat een voorwerp transparant is wil niet zeggen dat de fotonen erdoorheen gaan. De fotonen die een electron exciteren, en dus in een hogere baan brengen, brengen het electron zoveel hoger als de golflengte van het foton. Als het electron weer terug valt, dan valt hij weer terug met die precieze hoeveelheid energie als hij omhoog is gegaan. Deze energie correspondeert met een golflengte, en daardoor lijkt het alsof het rechtdoor gaat. Een atoom spuugt de zelfde frequentie uit als dat hij binnen heeft gekregen. In alle kanten spuugt hij dat uit, alleen in de voorwaartse richting blijven de fotonen bestaan, in de andere richtingen worden ze weg geinterfereerd.
De tekst in het hierboven geschreven stukje kan fouten bevatten in: argumentatie, grammatica, spelling, stijl, biologische of scheikundige of natuurkundige of wiskundige feiten kennis. Hiervoor bied StrangeQuark bij voorbaat zijn excuses aan.

#8

wannes

    wannes


  • >250 berichten
  • 368 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 31 oktober 2005 - 14:45

Ik heb de zoekfunctie geprobeerd maar niks gevonden.
De minicursussen ben ik afentoe stukjes van aan het lezen, maar een collega en ik vroegen ons iets af.

Wat veroorzaakt nou de breking van het licht van bijvoorbeeld lucht naar water?
Wordt dit veroorzaakt door het verschil in lichtsnelheid, en zo ja wat veroorzaakt dit verschil?
Het schijnt dat massa niet de reden is omdat hogere dichtheden niet voor een groter verschil zorgen.

(American Journal of physics Volume 23, number 9 december 1955)

je zou het kunnen vergelijken met een ton die over gras rolt, en dan op beton, ťťn helft van de ton zit al op het beton en dat zal sneller rollen dan op gras, daardoor gaat een helft meer naar voor en treed er breking op

#9

StrangeQuark

    StrangeQuark


  • >1k berichten
  • 4160 berichten
  • VIP

Geplaatst op 31 oktober 2005 - 14:57

Nog even een toevoeging op de topicstarter. Dichtheid heeft wel degelijk een invloed op de brekingsindex. Hoe dichter, hoe meer atomen, hoe meer fotonen meer atomen raken, deste langer het duurt.

Het voorbeeld van de ton is een die lijkt op het voorbeeld wat ik ken. Ik vergelijk het altijd met een auto die schuin van de weg afrijd, en op het gras terecht komt. Ik vind het altijd makkelijker om het met 4 wielen voor me te zien. Stel je voor dat de auto links van de weg af rijd, dan raakt zijn linker voorwiel als eerste het gras en dat wordt afgeremd, waardoor de auto de neiging heeft om door de rechterkant ingehaald te worden, hierdoor draait de auto naar links.

Waarom het licht nou daadwerkelijk breekt kan je op drie verschillende manieren bewijzen. Volgens Snellius (die van sinus en cosines) volgens Fermat (die vond dat de natuur overal de kortst mogelijke route moest nemen) en volgens Quantum Electro Dynamics. (Dat is met allerlei integralen en E en B velden. Zou ik je willen besparen).

Het komt er een beetje op neer dat als een lichtstraal schuin op een oppervlak van bijvoorbeeld glas komt, dat het licht dan naar de normaal toe breekt zoals dat heet. Het licht komt dus schuin binnen en bij een hogere brekingsindex zal die minder schuin gaan staan. Dit heeft ermee te maken dat licht altijd de weg volgt die het minste tijd kost. Stel je voor je hebt een breed stuk glas en het licht komt daar schuin in. In het glas gaat het licht met een langzamere snelheid dan buiten het glas. Als het licht rechtdoor, dus schuin, door het glas zou gaan, dan zou het licht er langer over doen dan als het licht recht door het blok glas zou gaan, immers een schuine weg is altijd nog langer dan een rechte weg door het glas heen. Nou moet het licht er het liefst even lang over doen (volgens de wetten der natuur) om wat rechter door het glas te gaan dan als dat het licht er over zou doen om met dezelfde schuine lijn door vacuum heen te gaan. Dit is een complexe zin, maar stel je voor dat je gewoon licht hebt wat door vaccuum met een schuine lijn gaat, dat doet er een bepaalde tijd over. Als je nou een stukje glas ertussen zou zetten dan zou het licht er langer over doen. Het licht heeft daar een oplossing voor, in plaats van dat het dezelfde lange schuine afstand door het glas aflegt als dat het door het vacuum zou afleggen, maakt het licht een kleine 'short-cut'. Het licht gaat rechter naar beneden en legt daardoor minder afstand door het glas af waardoor het er weer evenlang over doet als dat het er normaal over zou doen.

Lang verhaal, ik hoop dat ik het een beetje duidelijk heb kunnen uitleggen. Erg lastig zonder plaatjes. Als je het niet begrijpt wil best een keer het met plaatje uitleggen, is misschien makkelijker.
De tekst in het hierboven geschreven stukje kan fouten bevatten in: argumentatie, grammatica, spelling, stijl, biologische of scheikundige of natuurkundige of wiskundige feiten kennis. Hiervoor bied StrangeQuark bij voorbaat zijn excuses aan.

#10

Dalton

    Dalton


  • >250 berichten
  • 808 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 31 oktober 2005 - 15:23

Bedankt!
Het is al een heel stuk duidelijker.
Nog 2 vraagjes.
Moet ik de auto zien als 1 foton of het wiel?
Dus geldt dit voor ieder afzonderlijk foton of trekken ze elkaar mee de bocht om?

En volgens het artikel in mijn eerste post (uit 1955 dus weet niet hoe betrouwbaar het nog is) is er geen directe realtie tussen de dichtheid van een stof en de brekingshoek. Dus wat veroorzaakt die breking op subatomische schaal?

#11

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44872 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 31 oktober 2005 - 15:45

Volgens mij hebben noch Dalton, noch StrangeQuark gelijk:

StrangeQuark schreef:

Dichtheid heeft wel degelijk een invloed op de brekingsindex

Als je dit als algemeen principe bedoelt ben ik het niet met je eens. Lichtbreking is een weerstandseigenschap van een stof (als ik het zo mag uitdrukken), die niets heeft te maken met dichtheid = massa/volume, behalve:

Dalton schreef:

En volgens het artikel in mijn eerste post (uit 1955 dus weet niet hoe betrouwbaar het nog is) is er geen directe realtie tussen de dichtheid van een stof en de brekingshoek.

dus behalve als je spreekt over dezelfde stof die in verschillende dichtheden kan voorkomen, zoals bijvoorbeeld gassen bij verschillende drukken. Breking in gassen bij verschillende druk: http://www.mathpages...87/kmath187.htm
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#12

StrangeQuark

    StrangeQuark


  • >1k berichten
  • 4160 berichten
  • VIP

Geplaatst op 01 november 2005 - 12:01

Ik snap niet helemaal wat je ding is.

dus behalve als je spreekt over dezelfde stof die in verschillende dichtheden kan voorkomen

Dan heeft de dichtheid toch invloed op de brekingsindex? Elke stof waar licht doorheen kan, daarbij ondervind de brekingsindex invloed van de dichtheid. OMdat er meer deeltjes zijn, zal er meer faseverschil optreden zoals ik al in mijn post zei.

Lichtbreking is een weerstandseigenschap van een stof

dus hoe meer dichtheid hoe meer weerstand.


Je moet de auto zien als een foton denk ik. Dit geld voor ieder afzonderlijk foton. Er is wel degelijk een directe relatie tussen de dichtheid (volgens mij niet lineair, maar dat moet ik in mijn optica boek weer eens nalezen). Gewoon meer atomen, betekent een grotere fase achterstand of voorloping. (is dat wel een woord?)
De tekst in het hierboven geschreven stukje kan fouten bevatten in: argumentatie, grammatica, spelling, stijl, biologische of scheikundige of natuurkundige of wiskundige feiten kennis. Hiervoor bied StrangeQuark bij voorbaat zijn excuses aan.

#13

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44872 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 01 november 2005 - 12:32

StrangeQuark schreef:

Ik snap niet helemaal wat je ding is.


Dan ben ik dus niet duidelijk geweest: nogmaals geprobeerd, nu met voorbeelden uit mijn (oude) BINAS:

dichtheid benzeen: 0,88 kg/dm3 brekingsindex voor 589 nm:1,50
dichtheid water: 0,998 kg/dm3 brekingsindex voor 589 nm:1,33

Water heeft dus een grotere dichtheid dan benzeen, maar een kleinere brekingsindex. Het gaat hier om twee verschillende stoffen, ieder met eigen brekingseigenschappen voor licht.

uit de vaste stoffen:
dichtheid polystyreen: 1,06 kg/dm3 brekingsindex voor 589 nm:1,59
dichtheid glas:: 2,6 kg/dm3 brekingsindex voor 589 nm:1,51

Dat brekingsindex van de dichtheid afhangt, is dus op zijn minst een slordige conclusie. WEL is er een positieve correlatie tussen brekingsindex en dichtheid als je verschillende dichtheden van DEZELFDE stof vergelijkt. En ook die conclusie trek ik op basis van een beperkte hoeveelheid gegevens in BINAS. Ik weet niet of er geen uitzonderingen op deze regel zouden zijn. Er gebeuren wel schijnbaar gekkere dingen in de fysica-wereld...

Bij gassen zou je mooi met dichtheden (afh. van druk) voor exact dezelfde stof kunnen spelen, maar daarvoor geeft mijn BINAS helaas geen voorbeelden (alle vermelde gegevens zijn slechts voor ťťn standaarddruk).
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#14

StrangeQuark

    StrangeQuark


  • >1k berichten
  • 4160 berichten
  • VIP

Geplaatst op 01 november 2005 - 14:33

Ja uiteraard. Ik had mijn zin:

Dichtheid heeft wel degelijk een invloed op de brekingsindex

beter kunnen formuleren als:
Dichtheid heeft per stof wel degelijk een invloed op de brekingsindex

Ik hoopte dat dat al duidelijk was na mijn verhaal met atomen en occilatoren. Het was een vervolg op dat atomen een fase verschil kunnen veroorzaken, en hoe meer van dat soort atomen per inhoud hoe meer fase verschil. In die zin heeft dichtheid wel degelijk wat met de brekingsindex te maken. Maar je hebt gelijk, sorry als het wat onduidelijk was.
De tekst in het hierboven geschreven stukje kan fouten bevatten in: argumentatie, grammatica, spelling, stijl, biologische of scheikundige of natuurkundige of wiskundige feiten kennis. Hiervoor bied StrangeQuark bij voorbaat zijn excuses aan.

#15

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44872 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 02 november 2005 - 17:04

Dan zijn we het dus gelukkig roerend eens, en zijn we beiden wat onduidelijk geweest. Opgelost.

Mijn subvraag: is dat altijd zo of zijn er ook uitzonderingen bekend....?
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures