Òptica

Prisma d'aigua (arc de Sant Martí)

L'aigua (n≈1.33) dispersa molt menys que el vidre: l'obertura suau que pinta un arc de Sant Martí.

Prisma d'aigua (arc de Sant Martí) — simulació interactiva de Òptica. L'aigua (n≈1.33) dispersa molt menys que el vidre: l'obertura suau que pinta un arc de Sant Martí. Laboratori virtual de física gratuït al navegador, amb mesures SI en directe i tutorial guiat.

Dispersió de l'aigua

L'aigua (n≈1.33) dispersa molt menys que el vidre: l'obertura suau que pinta un arc de Sant Martí.

L'índex modest de l'aigua (≈1.33) i la seva baixa dispersió produeixen un espectre suau: la física dels arcs de Sant Martí naturals, on les gotetes d'aigua actuen de prismes. Menys separació que el vidre però prou per separar els colors visiblement.

• n ≈ 1.33
• Obertura suau d'arc

Resum de la investigació

Planifica la pregunta abans d'obrir el laboratori

El resum reflecteix la pàgina prerenderitzada: la pregunta conductora, les prediccions rivals, els rols de les variables, les lleis que governen, la configuració, l'anàlisi i les preguntes d'extensió es mantenen visibles i en aquest ordre.

Pregunta conductora

L'aigua té un índex de refracció més baix (n ≈ 1.33) que el vidre. Desvia un prisma ple d'aigua la llum menys que un prisma de vidre equivalent?

Prediccions a valorar

• Sí: l'índex més baix de l'aigua significa menys desviació a cada cara, o sigui menys desviació total que un prisma de vidre del mateix angle de vèrtex.
• Un prisma d'aigua desvia la llum més que el vidre.
• La desviació és la mateixa sigui quin sigui l'índex del medi.

Rols de les variables

El que tu defines:

• Angle d'incidència θ₁ (°)

El que tu mesures:

• Desviació total δ (°)

Com funciona la investigació

1. Obre el predefinit «Un prisma d'aigua» i prem Restableix. Aquest prisma ple d'aigua té angle de vèrtex A = 60°, índex n = 1.33.
2. Activa la lectura de desviació total.
3. Defineix l'angle d'incidència per a cada prova i enregistra la desviació total.

Equació governant

Els medis d'índex més baix desvien menys — δ = θ₁ + θ₄ − A

L'índex de refracció de l'aigua (1.33) és més baix que el del vidre típic (1.5–1.66), de manera que un prisma d'aigua desvia la llum amb menys força a cada cara: desviació total δ = θ₁ + θ₄ − A més petita per al mateix angle de vèrtex i incidència.

El que el full imprimible demana treballar a l'alumne

• Per a una prova, calcula θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), i després δ = θ₁ + θ₄ − A, amb n = 1.33. Compara-ho amb la taula.
• Compara els teus valors de desviació amb els de l'experiment «Un prisma desvia la llum» (mateix angle de vèrtex, índex més alt). Explica per què l'índex més baix de l'aigua produeix desviació més petita a cada angle d'incidència coincident.

On apareix això més enllà del laboratori

• Un arc de Sant Martí és essencialment milions de diminuts «prismes» esfèrics de gotes d'aiguarefractant i reflectint internament la llum solar. Explica per què la dispersió relativament modesta de l'aigua (comparada amb el vidre) encara produeix un espectre visible, tot i que menys viu, en un arc.
• Al llarg d'aquest experiment, flint-prism (n≈1.66), white-light-prism/vidre crown (n=1.5) i water-prism (n=1.33) formen una tendència clara: els medis òptics més densos dispersen i desvien més la llum. Explica per què aquesta tendència segueix la mateixa física que la tendència d'angle límit de l'experiment «Reflexió total interna».

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Benvingut al Prisma d'aigua
2. Selecciona el prisma
3. Prem Reprodueix
4. Obertura suau a l'aigua
5. Obre el panell de Propietats
6. Ho has aconseguit!

Obre la simulació interactiva per construir l'escena, prem Reprodueix i explora amb mesures en directe i un tutorial guiat.

Obre el laboratori interactiu →

Descarrega el full de treball →

Llei de Snell de la refracció