När ljusstrålar passerar från luft till vatten, böjer de sig, eftersom brytningsindexet av luft skiljer sig från brytningsindex för vatten. Med andra ord reser ljusstrålarna med en annan hastighet i luften än de gör i vatten. Snells lag beskriver detta fenomen, vilket ger ett matematiskt förhållande mellan ljusstrålens infallsvinkel relativt en vinkelrät linje som löper genom vattnet, brytningsindexen för båda materialen genom vilka ljuset rör sig och brytningsvinkeln som ljuset rör sig genom vatten .

Ju större brytningsindex desto mer ljuset böjer sig. Sockervatten är tätare än vanligt vatten, så sockervatten har ett högre brytningsindex än vanligt vatten. Här kommer vi att använda brytningsfysiken för att mäta sockerhalten i vatten.

Gör ett hålprism från mikroskopglas

Använd epoxi för att limma ihop kanterna på fyra mikroskopskivor för att göra en rektangulär prisma.

Placera prisma ovanpå en femte rektangulär mikroskopglas och lim prisman till gliden med epoxi.

Tillåt epoxin att ställa in över natten.

Mät brytningsindex för sockervatten

Sätt upp för experiment. Täck en vägg med papper för att göra markeringar på. Ställ in laserpekaren så att dess stråle är vinkelrätt mot väggen. Montera laserpekaren på plats och kontrollera den med jämna mellanrum för att säkerställa att dess stråle ständigt träffar samma plats när den passerar luft.

Rikta in laserstrålen vinkelrätt genom prisma när den är tom. När prisman är tom, ska strålen inte omdirigeras. Markera platsen där laserstrålen träffar på väggen. Placera ett papper under lasern och markera punkten vid vilken strålen gick in i prisman (de två fläckarna skulle tillsammans bilda en rak linje).

Fyll prisma med vätska. Rikta laserstrålen genom den vätskefyllda prisma. Strålen kommer att träffa väggen något avstånd från det ursprungliga märket. Markera strålen. Mäta avståndet mellan dessa två fläckar, avstånd A. Mäta avståndet från prismen till väggen, avstånd B.

Med de två avstånd som du mätt i steg 3 kan du beräkna vinkeln vid vilken strålen slå väggen - med andra ord, dess refraktionsvinkel efter att ha passerat prismet. Beräkna denna vinkel genom att hitta den inverse tangenten av (avstånd A dividerad med avstånd B).

Använd Snells lag tillsammans med den vinkel som du beräknade i steg 4 för att bestämma vätskans brytningsindex. Enligt Snells lag är det relativa brytningsindexet för två material, eller n2 /n1 (n2 = brytningsindex för det andra materialet, n1 = brytningsindex för det första materialet) lika med infusionsvinkelns sinus, dividerat med sinus av refraktionsvinkeln. Du siktar på din laserpekare vinkelrätt mot prismen, så din infallsvinkel är 90. Du beräknade din refraktionsvinkel i steg 4. Och slutligen är brytningsindexet för luft (n1) 1.0003.

Skapa 1 procent, 5 procent, 10 procent och 50 procent lösningar av socker. Upprepa steg 3 till 5 för att bestämma deras brytningsindex. Gradera sockerkoncentrationen mot vinkeln på brytningen. Jämför dina index för brytning för kända koncentrationer till brytningsindex som du beräknat i steg 5. Uppskatta sockerkoncentrationen för din okända lösning.

Varning

Även minsta effektlasrar kan orsaka ögon skada. Bekanta dig med säker laseranvändning innan du försöker detta experiment.