Springen naar inhoud

[Natuurkunde] Luchtspiegeling?


  • Log in om te kunnen reageren

#1

TomMe

    TomMe


  • >25 berichten
  • 71 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 20 november 2005 - 23:07

Iedereen kent wel dit plaatje van een boom die ondersteboven wordt weergegeven in het zand: http://www.hk-phy.or.../mirage_4_e.gif

De uitleg staat hier: http://www.hk-phy.or...e/mirage_e.html

Wat ik nu niet begrijp aan die uitleg is het volgende. Stel dat de invallende lichtstraal de grenshoek bereikt, dan zou de gebroken lichtstraal toch horizontaal verdergaan? Maar in de plaats daarvan buigt hij naar boven.
Op http://www.physicsclassroom.com/ heb ik dan ontdekt dat bij elke overgang van medium, de straal zowel gebroken als gereflecteerd wordt wanneer deze van de boom naar het zand reist terwijl de intensiteit van de gebroken straal telkens verminderd.
Dus zou ik mij kunnen inbeelden dat van zodra een invallende straal de grenshoek bereikt, het grootste deel van die straal wordt gereflecteerd naar boven. Maar ik vraag me dan af, vermindert de straal in intensiteit ook op die reis naar boven? Maw, breekt en reflecteert zij dan ook? Zoja, zou de boom dan nog wel goed zichtbaar zijn?

Kortom, wat de details betreft heb ik het nog niet helemaal beet en ik had gehoopt dat iemand mij een wat gedetailleerder uitleg zou kunnen geven.

Bedankt alvast,

Tom

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

#2

StrangeQuark

    StrangeQuark


  • >1k berichten
  • 4160 berichten
  • VIP

Geplaatst op 21 november 2005 - 08:46

Kijk als het warm is dan heeft de lucht een verschillende dichtheid. Zeker in de buurt van het hele warme asfalt, wat wel dik boven de 60 graden uit kan komen door de continue straling van de zon, daar is een dun laagje lucht wat heel veel warmer is dan de lucht erboven. Stel je voor dat in de verte naast het asfalt van een weg een boom staat, die je weerspiegeld in de weg ziet. Wat je moet zien is dat uit elk punt van de boom licht alle kanten op wordt gereflecteerd. De fotonen gaan als het ware onder elke hoek van de boom weg. Dat betekent ook dat sommige fotonen rechtdoor gaan, andere onder een kleine hoek naar beneden, nog weer anderen onder een grotere hoek naar beneden enz. en tot slot gaan sommige recht naar beneden het asfalt in. Sommige fotonen die met een flauwebocht naar beneden gaan worden door de breking met de luchtlagen op het laatste moment vlak voordat ze het asfalt bereiken (ergens halverwege tussen jou en de boom in) weer omhoog afgebogen. Ze hebben als het ware een baan van een parabool gekregen. Omdat jouw ogen ervanuit gaan dat licht in een rechte weg gaat, denk je dat de fotonen die weer langzaam omhoog aan het klimmen zijn jouw ogen in, recht uit het asfalt waren gekomen. Dus lijkt het alsof de boom in het asfalt ligt. Doordat dit heel erg wazig gaat lijkt het alsof er water stroomt over het asfalt omdat je denkt dat je door het asfalt heen kan kijken, dat het transparant is dus, omdat je denkt dat de fotonen uit de grond komen, maar eigenlijk zijn ze gewoon in een parabool vorm gegaan.

Ik hoop dat het een beetje duidelijker is, ik wist niet exact wat je probleem was, dus ik heb het hele verhaal nogmaals maar eens uitgelegd.
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.

#3

TomMe

    TomMe


  • >25 berichten
  • 71 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 21 november 2005 - 10:00

Sommige fotonen die met een flauwebocht naar beneden gaan worden door de breking met de luchtlagen op het laatste moment vlak voordat ze het asfalt bereiken (ergens halverwege tussen jou en de boom in) weer omhoog afgebogen.


Bedankt voor de uitleg alleszins, maar zover was ik eigenlijk al wel. :roll: Mijn vraag is, waarom volgen die lichtstralen de baan van een parabool? Hoe kan dit precies uitgelegd worden in termen van refractie, totale interne reflectie, enz?

Ik ben reeds op verscheidene websites gaan kijken, maar men gaat er niet dieper op in dan te zeggen dat de invallende straal ooit groter wordt dan de grenshoek en zo volledig reflecteert naar boven. Wat als die straal nu GELIJK is aan de grenshoek? En waarom wordt er nergens bijvermeld dat de straal telkens zowel gebroken als gereflecteerd wordt?

Een nauwkeurige beschrijving van het fenomeen lijkt moeilijk te vinden, waardoor ik het eigenlijk maar oppervlakkig begrijp. :P

#4

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44871 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 21 november 2005 - 19:59

Het is niet echt ingewikkeld om uit te leggen, maar je maakt het basisbegrip voor jezelf moeilijk omdat je teveel tegelijk erbij haalt.

Mijn vraag is, waarom volgen die lichtstralen de baan van een parabool?

in termen van breking denken is in eerste instantie voldoende, vergeet de rest even.

zonder tekeningetjes werkt het niet zo vlot, maar in je tweede link is het hele fenomeen gelukkig al uitgelegd in plaatjes:

Geplaatste afbeelding

Dit is even lastig. Glas heeft een hogere brekingsindex dan lucht. Koude lucht heeft een grotere brekingsindex dan warme lucht. Helaas, in de woestijn zit de warme lucht (vgl lucht uit het plaatje) onder de koude lucht (vgl glas uit het plaatje). Dus voor een goed begrip: draai dit plaatje ondersteboven, 180 graden met de klok mee bijv. Dan zit je koudere, dichtere "lucht" (glas in het plaatje) wel boven. Je ziet dat een lichtstraal die van een echte boom afkomt en richting grond is gericht, in principe van die grond wegbuigt.

Dan komt de clou van de parabool, en die is netjes afgebeeld in onderstaand plaatje: er is boven het woestijnzand niet een laag warme lucht, maar meerde lagen, die gerekend vanaf het zand, steeds kouder worden, en dus een steeds hogere brekingsindex krijgen. Op elke overgang word het licht dus steeds iets verder afgebogen. In het plaatje zie je drie luchtlagen getekend van toenemende dichtheid, en je ziet het licht dus eigenlijk drie keer achter elkaar breken, steeds een beetje verder. Omdat het in het echt niet om drie dikke lagen gaat, maar om vele dunne, beschrijft het licht dus eigenlijk een bocht. Als we nog steeds van de boom naar de grond willen redeneren, draai dan de pijlen in onderstaand plaatje in gedachten even om, maar laat de lichtstraal staan:



Geplaatste afbeelding

Als de lichtstraal dus maar niet te steil invalt, en de temperatuursgradient over de onderste 1-2 m lucht boven het zand groot genoeg is, kun je je prima voorstellen dat ergens voordat hij de grond raakt de lichtstraal al zover afgebogen is, dat de grenshoek wordt bereikt bij het naderen van een volgende, weer warmere laag lucht.

gevolg: de lichtstraal wordt gereflecteerd op die luchtlaag, en begint zijn weg terug naar boven. Dan mag je bovenstaand plaatje weer volgen met de pijlen in de richting volgens het plaatje. Als je je laagjes dun genoeg tekent, krijg je vanzelf een parabool.

tot hier snappie?? :roll:
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

#5

TomMe

    TomMe


  • >25 berichten
  • 71 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 23 november 2005 - 17:36

Dus als ik het goed begrijp:

Het licht breekt geleidelijk aan wanneer het van de boom naar het zand reist. Wanneer dan de hoek van de invallende straal nťt niet de grenshoek bereikt in een luchtlaag, breekt deze zo dat de grenshoek voor de volgende laag overschreden wordt?

Wat gebeurt er dan als de grenshoek net wťl bereikt wordt? Als ik het goed voorheb reflecteert het grootste deel van de straal dan alsnog naar boven, klopt dit?

En wat gebeurt er met de intensiteit van het licht op het einde van dit traject? Deze vermindert toch of niet?

Mvg :roll:

#6

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44871 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 23 november 2005 - 18:04

Het licht breekt geleidelijk aan wanneer het van de boom naar het zand reist. Wanneer dan de hoek van de invallende straal nťt niet de grenshoek bereikt in een luchtlaag, breekt deze zo dat de grenshoek voor de volgende laag overschreden wordt?

we volgen een straal die naar beneden reist van laag 1 met dichtheid 1, naar een onderliggende laag met dichtheid 0,9. (ik bedoel hier de optische dichtheid, en het getal is een greep...) Het licht valt in met een hoek iets groter dan de grenshoek, en zal dus met een kleinere hoek weer uittreden. De onderliggende laag, laag drie, heeft bijv. dichtheid 0,8. Het verschil tussen lagen 1 en 2 is blijkbaar even groot als tussen laag 2 en 3. (je moet naar het procentuele verschil kijken meen ik, maar dat doet er voor dit voorbeeld even niet toe.)Stel dat hij hier precies onder de grenshoek nadert:
Geplaatste afbeelding
Op de grenshoek gaat het licht verder parallel aan het brekingsvlak: Op een volkomen vlak terrein met vlakke luchtlagen komt het licht dus nooit meer terug naar boven.

Stel het valt in met een hoek kleiner dan die grenshoek: voorbij de grenshoek krijg je geen breking meer, maar totale reflectie, totale spiegeling dus. En daar begint dan de reis terug naar boven. (denk erom, bovenstaand plaatje moet je weer 180 graden draaien om de omstandigheden voor een luchtspiegeling na te bootsen)

Onderweg zal verstrooiing van licht optreden, en ook zal wel eens hier of daar een rare bult in het landschap zitten die gekke effecten kan veroorzaken. Ook zullen je luchtlagen nooit overal mooi even dik zijn. Een luchtspiegeling zie je dus op zijn best alsof je door gebobbeld glas kijkt. Dus je luchtspiegeling zal nooit een prima beeld geven van het origineel. Voor een beetje goeie luchtspiegeling moet er nogal het een en ander goed gaan onderweg.
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

#7

TomMe

    TomMe


  • >25 berichten
  • 71 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 25 november 2005 - 17:19

Het licht valt in met een hoek iets groter dan de grenshoek, en zal dus met een kleinere hoek weer uittreden.

Bedoel je het niet andersom?

Op de grenshoek gaat het licht verder parallel aan het brekingsvlak: Op een volkomen vlak terrein met vlakke luchtlagen komt het licht dus nooit meer terug naar boven.

Dat was dus mijn originele knelpunt. Maar dat klopt toch niet? Kijk maar naar deze tekening:

Geplaatste afbeelding

Er is altijd een deel dat reflecteert, en tot en met de grenshoek ook een deel dat breekt. De intensiteit vermindert ook bij breking, dus dan zou dit toch ook moeten gelden bij de luchtspiegeling?

(bron: http://www.physicscl...rn/U14L3b.html)

#8

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44871 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 25 november 2005 - 17:58

Het licht valt in met een hoek iets groter dan de grenshoek, en zal dus met een kleinere hoek weer uittreden

.
Spraakverwarring ligt misschien in wat we de hoek noemen: de hoek tussen lichtbundel en brekingsoppervlak, of de hoek tussen lichtbundel en normaal. Ik zie dat ik mijn verhaal heb geschreven vanuit de hoek met het brekingsoppervlak.

probleem grenshoek: Die ligt in het geval van jouw plaatje ergens tussen de 45 en 60 graden. Je ziet in jouw plaatje geen licht dat met de grenshoek invalt.....in mijn plaatje (post 23-11, 18.04) wel dat is die groenige lijn. De grenshoek is hier aangeduid met c. (en die is inderdaad getekend vanaf de normaal)

dan wordt het licht dus precies zo gebroken dat de straal een weg gaat volgen op het brekingsvlak, de grens tussen twee media met ongelijke optische dichtheid. Ik zeg dan dat het licht dus nooit meer terug naar boven komt, maar dat dat alleen geldt voor een volkomen vlak terrein met volkomen vlakke scheidingslagen. Je hebt gelijk dat dat had moeten zijn het gebroken gedeelte van de straal. In de praktijk van een woestijn denk ik dat die situatie niet zal voorkomen overigens.

Wat betreft het percentage licht dat reflecteert: de groenige pijltjes in je plaatje laten zien dat hoe schuiner het licht invalt, hoe meer zal reflecteren i.p.v. breken. Dat betekent inderdaad dat je onderweg een hoop licht zal kwijtraken. Dat is onder andere wat ik bedoel met mijn verstrooiing.

Maar ik zie da :roll: t je het al prima begint te snappen......
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

#9

TomMe

    TomMe


  • >25 berichten
  • 71 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 26 november 2005 - 17:52

Dus nog eventjes samenvatten voor mezelf (laat maar iets weten als het niet klopt):

Vanwege de vele smalle luchtlagen met verschillende temperatuur lijkt het licht te buigen terwijl het eigenlijk vele malen breekt.

Er wordt een punt bereikt dicht bij de grond van waaruit het licht naar boven wordt gereflecteerd, dit gebeurt volgens 2 mogelijkheden:
1) invalshoek = grenshoek -> het meeste licht wordt gereflecteerd naar boven, een deel gaat horizontaal verder. (dit zou echter enkel voorkomen in een geÔdialiseerde situatie)
2) invalshoek > grenshoek -> totale reflectie naar boven.


Conclusie: in de inleidende boeken en artikels wordt het fenomeen zodanig foutief en incompleet beschreven dat dit bij de student verwarring veroorzaakt! Of in mijn geval toch. :wink:

Bedankt voor de hulp Jan!

#10

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44871 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 26 november 2005 - 17:59

Alleen je laatste conclusie kan ik niet checken :roll: , maar de rest is correct.
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