grenshoek

roland stelde deze vraag op 29 november 2014 om 20:51.

 Ik begrijp de bepaling van grenshoek helemaal, als je van een "dichtere stof" naar een "minder dichte stof" gaat.
Zeg, van water naar lucht.
Dan gebruik je sin(Ig)/sin(R) = 1/N(L->W)

Maar, heb je ook een grenshoek als je van een "minder dichte" naar "dichtere stof" gaat?
dus bijvoorbeeld van lucht naar water?
Zo ja, hoe moet ik dat dan zien?

Want dan is de formule juist sin(I)/sin(R) = N(L->W)
En dan klopt het niet meer, want

sin (Ig)/sin (R)= 1.36
=>sin (Ig)/1 = 1.36

En de sin-1(1.36) is een beetje lastig.

Het is ook nogal verwarrend, dat er nogal eens gesproken wordt over "de brekingsindex". Eigenlijk bedoelen we volgens mij twee indexen:
N(Lucht->Water)
en
N(Water->Lucht)

Eigenlijk gelden er 2 formules:

van lucht -> water:
sin (I) / sin (R) = N(L->W)

en van water->Lucht
sin(I)/sin(R) = N(W->L)

met 
N(W->L) = 1/N(L->W)
 
 

Reacties

Jan van de Velde op 29 november 2014 om 21:57

roland roos plaatste:


heb je ook een grenshoek als je van een "minder dichte" naar "dichtere stof" gaat?
dus bijvoorbeeld van lucht naar water?
Zo ja, hoe moet ik dat dan zien?

Want dan is de formule juist sin(I)/sin(R) = N(L->W)
En dan klopt het niet meer, want

sin (Ig)/sin (R)= 1.36
=>sin (Ig)/1 = 1.36

En de sin-1(1.36) is een beetje lastig.

"beetje" lastig ja :) , precies, en dus geen grenshoek.

verder is brekingsindex NIET lastig.
Het is een stofeigenschap, die eigenlijk de lichtsnelheid in vacuum (c) vergelijkt met de voortplantingssnelheid van het licht (v) in de stof.
De brekingsindex van de stof is dan c/v. 
Het gaat dus om een verhouding van voortplantingssnelheden

De brekingsindex van vacuüm is dus per definitie 1, want c/c = 1.
Die van lucht is een klein tikje hoger dan 1, maar wordt voor het gemak nogal eens 1 verondersteld. Voor de meeste praktische toepassingen is het verschil verwaarlooswaar. 

Maar plak nou eens twee stoffen tegen elkaar, een waarin de voortplantingssnelheid 200 000 km/s is (v1)  , en een waar de voortplantingssnelheid 150 000 km/s is (v2

brekingsindex stof 1: n1= c/v1 (=1,5)
brekingsindex stof 2: n2 = c/v2 (= 2,0)

algemeen geldt bij een overgang van een stof 1 naar een stof 2:

n1·sinθ1 = n2·sinθ2

en jouw verwarring komt dan misschien voort uit het feit dat een van de stoffen nogal eens lucht is, met n=1, waardoor je deze vergelijking vaak ziet geschreven als 

Beetje kort door de bocht, want nu is die n geen stofeigenschap meer, maar een beetje een bastaardeenheid voor de verhouding tussen twee sinussen**.  

éigenlijk hoort daar te staan 



Zodat je ook gelijk geen nood meer hebt om twee "bastaardbrekingsindexen" te gaan gebruiken, afhankelijk van of een lichtstraal van bijvoorbeeld glas naar water of andersom van water naar glas gaat. 

**Toch kan die bastaard verrekte handig zijn, want behalve de verhouding tussen twee sinussen geeft ze ook de(zelfde) verhouding tussen twee brekingsindexen (n=n1/n2) 

Komt alles zo een beetje op zijn plek? 

Groet, Jan
roland op 30 november 2014 om 20:30
Ja, dank.
En zijn mijn conclusies dan dus juist:
1) Je hebt alleen een grenshoek bij overgang van dichte naar minder dichte stof?
2) bij overgang van lucht->water heb je kennelijk een diffuse weerkaatsing? Waarbij als het licht er recht opvalt, het rechtdoor gaat, en onder kleinere hoeken deels het water in komt, deels weerspiegelt?
3) Het standaard boek met "de brekingsindex" en twee formules zijn een simplificatie, die het niet makkelijker maakt het te begrijpen. Maar ik begrijp wel dat ze het proberen te simplificeren op de middelbare school.
Jan van de Velde op 30 november 2014 om 22:29
dag Roland,

1) correct
2) niet helemaal correct op twee punten:
  1. die (deelse) weerkaatsing is niet diffuus, maar spiegelend. 
  2. die (deelse) weerkaatsing treedt in beide richtingen op. Speel maar eens met deze applet
3) de "simplificatie" wordt veelal vooral gebruikt omdat onderbouwgroepen vaak nog wel redelijk weten om te gaan met formules met 3 variabelen in alle richtingen, maar vaak de pad kwijtraken bij formules met 4 variabelen. Ik ben er als docent zeker niet blij mee, en zou vrolijker worden van iets meer (breuken)rekenvaardigheid en algemene basis-wiskundevaardigheden onder mijn leerlingen. Dus bij gebrek aan beter zien we inderdaad vaak het gebruik van die "bastaard"-brekingsindexen voor de overgang van de ene stof naar de andere, zodat we formules met drie variabelen kunnen gebruiken. Omdat in de meeste sommetjes één van de betrokken stoffen lucht is met een brekingsindex van (nagenoeg) 1 helpt dat ook al mee.

Groet, Jan

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Ariane heeft achtentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Ariane nu over?

Antwoord: (vul een getal in)