Quando i raggi di luce passano dall'aria all'acqua, si piegano, perché l'indice di rifrazione dell'aria è diverso dall'indice di rifrazione dell'acqua. In altre parole, i raggi di luce viaggiano ad una velocità diversa nell'aria rispetto a quella dell'acqua. La legge di Snell descrive questo fenomeno, fornendo una relazione matematica tra l'angolo di incidenza del raggio di luce relativo a una linea perpendicolare che attraversa l'acqua, gli indici di rifrazione di entrambi i materiali attraverso i quali viaggia la luce e l'angolo di rifrazione con cui la luce viaggia attraverso l'acqua .

Maggiore è l'indice di rifrazione, più la luce si piega. L'acqua zuccherata è più densa dell'acqua normale, quindi l'acqua zuccherata ha un indice di rifrazione più elevato rispetto all'acqua normale. Qui, useremo la fisica della rifrazione per misurare il contenuto zuccherino dell'acqua.

Creare un prisma cavo dai vetrini del microscopio

Usa la resina epossidica per incollare i bordi di quattro vetrini per microscopio per fare un prisma rettangolare.

Posiziona il prisma sulla sommità di una quinta diapositiva rettangolare per microscopio e incolla il prisma sulla diapositiva utilizzando la resina epossidica.

Consenti alla resina epossidica di impostare durante la notte.

Misura l'indice di rifrazione dell'acqua zuccherata

Imposta per la sperimentazione. Coprire un muro con della carta per fare dei segni. Impostare il puntatore laser in modo che il raggio sia perpendicolare al muro. Fissare il puntatore laser in posizione e controllarlo periodicamente per assicurarsi che il suo raggio colpisca costantemente lo stesso punto quando passa attraverso l'aria.

Puntare il raggio laser perpendicolarmente attraverso il prisma quando è vuoto. Quando il prisma è vuoto, il raggio non deve essere deviato. Segna il punto in cui il raggio laser colpisce il muro. Posiziona un pezzo di carta sotto il laser e segna il punto in cui il raggio è entrato nel prisma (i due punti, insieme, dovrebbero formare una linea retta).

Riempi il prisma di liquido. Mirare il raggio laser attraverso il prisma pieno di liquido. Il raggio colpirà il muro a una certa distanza dal marchio originale. Segna il raggio. Misurare la distanza tra questi due punti, distanza A. Misurare la distanza dal prisma al muro, distanza B.

Con le due distanze misurate nel passaggio 3, è possibile calcolare l'angolo con cui il raggio colpire il muro - in altre parole, il suo angolo di rifrazione dopo aver attraversato il prisma. Calcola questo angolo trovando la tangente inversa di (distanza A divisa per la distanza B).

Usa la legge di Snell, insieme all'angolo che hai calcolato al punto 4, per determinare l'indice di rifrazione del tuo liquido. Secondo la legge di Snell, l'indice relativo di rifrazione di due materiali, o n2 /n1 (n2 = indice di rifrazione del secondo materiale, n1 = indice di rifrazione del primo materiale) è uguale al seno dell'angolo di incidenza, diviso per il seno dell'angolo di rifrazione. Stai puntando il tuo puntatore laser perpendicolare al prisma, quindi il tuo angolo di incidenza è 90. Hai calcolato il tuo angolo di rifrazione nel Passaggio 4. Infine, l'indice di rifrazione dell'aria (n1) è 1.0003.

Creare soluzioni di zucchero dello 1%, 5%, 10% e 50%. Ripeti i passaggi da 3 a 5 per determinare i loro indici di rifrazione. Rappresenta graficamente la concentrazione dello zucchero rispetto all'angolo di rifrazione. Confrontate i vostri indici di rifrazione per le concentrazioni note con l'indice di rifrazione calcolato nel passaggio 5. Stimate la concentrazione di zucchero per la vostra soluzione sconosciuta.

Avviso

Anche i laser a potenza minima possono causare danno. Familiarizzare con l'uso sicuro del laser prima di provare questo esperimento.