Lorsque les rayons lumineux passent de l'air dans l'eau, ils se courbent, car l'indice de réfraction de l'air est différent de l'indice de réfraction de l'eau. En d'autres termes, les rayons lumineux voyagent à une vitesse différente dans l'air que dans l'eau. La loi de Snell décrit ce phénomène, fournissant une relation mathématique entre l'angle du rayon lumineux de incidence par rapport à une ligne perpendiculaire passant par l'eau, les indices de réfraction des deux matériaux à travers lequel à voyages légers, et l'angle de réfraction auquel la lumière traverse l'eau.
Plus l'indice de réfraction est élevé, plus la lumière se courbe. L'eau sucrée est plus dense que l'eau ordinaire, donc l'eau sucrée a un indice de réfraction plus élevé que l'eau ordinaire. Ici, nous utiliserons la physique de la réfraction pour mesurer la teneur en sucre de l'eau.
Placez le prisme au-dessus d'une cinquième lame de microscope rectangulaire et collez le prisme sur la lame à l'aide d'époxy.
Mis en place pour l'expérimentation. Couvrez un mur de papier pour faire des marquages. Installez le pointeur laser de sorte que son faisceau soit perpendiculaire au mur. Fixez le pointeur laser en place et vérifiez-le périodiquement pour vous assurer que son faisceau frappe systématiquement le même endroit lors de son passage dans l'air.
Dirigez le faisceau laser perpendiculairement à travers le prisme lorsqu'il est vide. Lorsque le prisme est vide, le faisceau ne doit pas être dévié. Marquez l'endroit où le faisceau laser frappe le mur. Placez un morceau de papier sous le laser et marquez le point où le faisceau est entré dans le prisme (les deux points, ensemble, doivent former une ligne droite).
Remplissez le prisme de liquide. Dirigez le faisceau laser à travers le prisme rempli de liquide. Le faisceau heurtera le mur à une certaine distance de la marque d'origine. Marquez le faisceau. Mesurez la distance entre ces deux points, distance A. Mesurez la distance du prisme au mur, distance B.
Avec les deux distances que vous avez mesurées à l'étape 3, vous pouvez calculer l'angle auquel le faisceau frappe le mur - en d'autres termes, son angle de réfraction après avoir traversé le prisme. Calculez cet angle en trouvant la tangente inverse de (la distance A divisée par la distance B).
Utilisez la loi de Snell, ainsi que l'angle que vous avez calculé à l'étape 4, pour déterminer l'indice de réfraction de votre liquide. Selon la loi de Snell, l'indice de réfraction relatif de deux matériaux, ou n2/n1 (n2 = indice de réfraction du second matériau, n1 = indice de réfraction du premier matériau) est égal au sinus de l'angle d'incidence, divisé par le sinus de l'angle de réfraction. Vous orientez votre pointeur laser perpendiculairement au prisme, votre angle d'incidence est donc de 90. Vous avez calculé votre angle de réfraction à l'étape 4. Et enfin, l'indice de réfraction de l'air (n1) est de 1 0003.
Créez des solutions de sucre à 1 %, 5 %, 10 % et 50 %. Répétez les étapes 3 à 5 pour déterminer leurs indices de réfraction. Représentez graphiquement la concentration de sucre en fonction de l'angle de réfraction. Comparez vos indices de réfraction pour les concentrations connues à l'indice de réfraction que vous avez calculé à l'étape 5. Estimez la concentration en sucre de votre solution inconnue.