Bestämma vattens brytningsindex med en penna i ett glas

Du behöver först välja någon specifik vy eller betraktningsriktning innan du kan gå vidare. Att hovra runt glaset itan att bestämma sig kommer inte att hjälpa dig framåt.

Om du betraktar glaset från sidan så får du den här parallellförskjutningseffekten där pennan tycks vara delad i två och då kan du kanske fundera på om du kan relatera det utseendet till de vinklar och vstånd du kan mäta.

Om du däremot betraktar glaset genom övre ytan sker ingen parallellförskjutning men däremot en vinkel mellan bilden under ytan och pennan du kanske kan använda den vinkeln till att få en ekvation

När du väl valt vy bör du försöka representera vyn med ett diagram och dra tänkte strålas i diagrammet och se om vinklarna däri ger något.

Ett av svårigheterna med detta problem är att glaset existerar i tre dimensioner medan diagram är enklare att göra i två dimensioner så försök välja en vy så att alla strålar du är intresserad av hamnar i ett och samma plan.

Lilly Zdansky Cottle skrev :

Hej! Skulle behöva hjälp från genier!! 

Har fastnat på en uppgift i hermods fysik 2, frågan ser ut så här:

Ta fram ett flas, helst rak, och fyll det med vatten. lägg i en penna som stödjer mot kanten, dvs. som står snett. gör nödvändiga mätningar och bestäm vattnets brytningsindex.

Jag vet från tidigare att ljus bryts mot normalen när den går från tunnare (tex luft) till tätare (tex vatten) medier. 

Men det är inte det man ser i det här fallet. Istället ’bryts’ pennan från normalen, alltså brytningsvinkeln verkar vara större än infallsvinkeln. Pennan är inte en ljus stråle, och det är ljuset som reflekteras från pennan som våra hjärnor gör till en bild som vi ser, och det är därför vi inte ser den brytas mot normalen.

Jag vet att jag ska mäta vinklarna med trigonometri, och sedan använda sinus av vinklarna i allmänna brytningslagen. Vet dessutom hur jag kan mäta infallsvinkeln, men inte brytningsvinkeln. 

Ifall jag skulle använda triangeln under vattenytan som syns, så skulle vattnets brytningsindex bli mindre än 1.00 vilket så klart är helt fel. 

 

Snälla hjälp!! Har suttit i många timmar och grubblat över den här (omöjliga) frågan. 

 Löste den genom att försöka måtta med ögonen hur jag skulle mäta en tänkt triangel under vatten ytan och sedan över för då får man "skillnaden" på trianglarna. Sedan skrev jag en förklarande text till hur experimentet hade kunnat göras bättre och fick rätt på frågan. 

Okej, ska testa från den här vinkeln. Tack! Hör av mig om jag får ett vettigt svar. 

Lilly Zdansky Cottle skrev :

Okej, ska testa från den här vinkeln. Tack! Hör av mig om jag får ett vettigt svar. 

 Mitt svar var ganska långt ifrån tabellens 1.33 fick runt 1.18 på min. Men som sagt skrev en förklarande text till det dåliga resultatet och hur man hade kunnat göra experimentet på ett mer korrekt sätt än vad som anges i frågan

Men hur kan man förklara att pennan verkar brytas från normalen?

Och därmed hur kan man förklara att så kallade ’skillnaden’ mellan vinklarna är brytningsvinkeln. Jag kan ju se det och förstå det, men vet inte hur jag ska beskriva det!

Skrev du förbättringar till ett experiment som fortfarande använder ett glas och en penna? Eller föreslog du exempelvis att man kan använda en rak vattenbehållare (inte krökt som ett glas) med en laser stråle? 

Lilly Zdansky Cottle skrev :

Men hur kan man förklara att pennan verkar brytas från normalen?

Och därmed hur kan man förklara att så kallade ’skillnaden’ mellan vinklarna är brytningsvinkeln. Jag kan ju se det och förstå det, men vet inte hur jag ska beskriva det!

 

Skrev du förbättringar till ett experiment som fortfarande använder ett glas och en penna? Eller föreslog du exempelvis att man kan använda en rak vattenbehållare (inte krökt som ett glas) med en laser stråle? 

 Jag använde bokens förklarningar till hur det ska brytas, och skrev sedan ett resonemang kring vilka faktorer som påverkade det avvikande värdet. 

Som förbättring hittade jag många filmer på nätet som gör detta experiment fast genom att använda en spegel och en nål. Där man mäter vattenpelarens riktiga höjd, och sedan mäter man den "overkliga bilden". Och får på så sätt ut brytningsindex. 
Sök på determine refraction index of water så hittar du många filmer på nätet på hur det görs.

"sett uppifrån" finns en liknande uppgift i den här tråden, dock utan experimentella inslag. 

Jag tog en bild av situationen ovanifrån, och markerade vinklarna som syns i bilden.

Jag låter brytningsvinkeln vara lika med theta 2 - theta 1. Jag får då 11,7 grader. 

När jag använder det här värdet, och theta 1 som brytningsvinkeln, kommer jag fram till att vattnets brytningsindex är 3,71. 

Självklart inte så exakt. Är det feltänk med min beräkning av brytningsvinkeln, eller är det bara ett experiment som är svår att få pålitliga och exakta svar? 

Nej, detta är bara en feltänkt metod. Även slarviga men välgrundade mätningar ska i alla fall ge en brytningsindex mellan 1 och 2.

Vinklarna du betraktar är ju beroende av vyn du betraktar glaset ifrån vilket skulle betyda att vattens brytningsindex skulle bero av betraktansvinkel vilket är orimligt. 

Att mäta avstånd i en bild är även inte en rimlig teknik då perspektivets lagar kommer innebära att sträckor som är proportionella i en bild inte behöver vara proportionella i verkligheten, och fysik handlar om verkligheten. 

Den viktigaste saken att ha i åtanke när du tänker vidare är att Snells lag handlar om brytningsvinklar för optiska strålar och har inget med hur objekt till synes bryts geometriskt. Det man behöver göra är att från den visuella bilden lista ut hur de optiska strålarna som genererade den rörde sig genom rummet. 

Ja, jag ser vad du menar! Nu har jag tagit om mätningarna, eller i alla fall försökt uppskatta avstånden av de två trianglarna som vi ser. Så som jag har uppfattat det är triangeln under vatten ytan en förlängning av den ljus stråle som reflekteras från pennan, och bryts från vatten till luft. 

Även när jag mätte så här, så får jag helt orimliga resultat för vattnets brytningsindex om jag låter brytningsvinkeln vara lika med skillnaden mellan vinklarna i de nedre och övre trianglarna.

kan jag snälla få lite hjälp med att förstå hur man hittar brytningsvinkeln? 

Det finns kunskapskrav och formuelringar i ämnet syften i kursplanen som handlar om att man ska kunna planera ett experiment/en undersökning med olika grad av oberoende och då din fattiga instruktion för mig antyder att du ska träna och visa på dessa förmågor så ska vi inte ge dig alltför mycket vägledning. 

Men det verkar för mig som att din teoretiska grund på optikområdet, om hur brytningslagen relaterar till praktiska erfarenheter och hur man ser fenomenen, har några hål tyvärr baserat på att du försökte använda strållagen på hur bilden bryts så jag kommer ge dig ett direkt förslag på en vy jag vill att du ska tänka kring. Den vy du har talat om hittills fungerar också men den har problemet att den är 3-dimensionell medan den jag föreslår är effektivt 2-dimensionell. 

Betrakta pennan längsmed dess längdriktning. (Du har klantat dig genom att välja en sak som inte är en penna så du får byta den mot något annat rakt). Utan vatten så se man endast pennans ände. 

Men med vatten kan du se andra änden av pennan (eller blompinnen) också. 

Fundera på hur ljuset från pennasn andra ände tar sig till ögat 

Hej!  Har själv fastnat på denna uppgift. Förstår dock teorin tror jag. I det tomma glaset går ljusstrålarna som går från pennan i en rak riktning, och de når inte våra ögon så vi ser inte pennan. När man fyller glaset med vatten kommer dessa ljusstrålar att brytas (från normalen) och de når våra ögon. Våra ögon uppfattar ljusstrålarna som om de färdas rakt fram, och det verkar som att pennan är böjd.

Hur räknar man dock ut vattnets brytningsindex? Vet att det måste vara genom formeln, n1 * sini = n2 * sinb.... Ska man då räkna med att man känner till luftens brytningsindex enligt formelbladet. Sedan mäta fram sini och sinb? Räcker det med att känna till pennans längd och vattnets höjd eller finns det nått mer jag behöver mäta? 

Fruktsoda skrev:

Hur räknar man dock ut vattnets brytningsindex? Vet att det måste vara genom formeln, n1 * sini = n2 * sinb.... Ska man då räkna med att man känner till luftens brytningsindex enligt formelbladet. Sedan mäta fram sini och sinb? Räcker det med att känna till pennans längd och vattnets höjd eller finns det nått mer jag behöver mäta? 

Det krävs lite fler mätningar än så, bland annat av bildens längd och var yttre strålen bryter i vattnet. Kolla hur de löser det i den här tråden:

Vågrörelselära - Brytning mellan luft och vatten

Deras lösning använder ett antagande som inte nödvändigtvis stämmer men felfaktorn är mindre än 10 % om pennans vinkel med vattnet är ~45 grader så jag tror inte du behöver oroa dig för det.

Tack! Försökte lösa så gott jag kunde:)

Kommer du ihåg vad ni pratade de i det muntliga examinationen i fysik 2 hermods?