Optika

Vodní hranol (duha)

Voda (n≈1.33) disperguje mnohem méně než sklo — jemné rozprostření, které maluje duhu.

Vodní hranol (duha) — interaktivní simulace Optika. Voda (n≈1.33) disperguje mnohem méně než sklo — jemné rozprostření, které maluje duhu. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.

Disperze vody

Voda (n≈1.33) disperguje mnohem méně než sklo — jemné rozprostření, které maluje duhu.

Skrze vody index (≈1.33) a nízká disperze produkují jemné spektrum — fyzika za přírodními duhami, kde drobné kapky vody fungují jako hranoly. Menší rozprostření než sklo, ale dost na viditelné rozdělení barev.

• n ≈ 1.33
• Jemné rozprostření duhy

Souhrn zkoumání

Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř

Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.

Hlavní otázka

Voda má nižší index lomu (n ≈ 1.33) než sklo. Odchyluje hranol naplněný vodou světlo méně než ekvivalentní skleněný hranol?

Predikce k zvážení

• Ano — nižší index vody znamená méně lomu na každé stěně, takže méně celkové odchylky než u skleněného hranolu se stejným vrcholovým úhlem.
• Vodní hranol odchyluje světlo víc než sklo.
• Odchylka je stejná bez ohledu na index prostředí.

Role proměnných

Co nastavuješ:

• Úhel dopadu θ₁ (°)

Co měříš:

• Celková odchylka δ (°)

Jak zkoumání probíhá

1. Otevři předvolbu water-prism a stiskni Resetovat. Tento hranol naplněný vodou má vrcholový úhel A = 60°, index n = 1.33.
2. Zapni odečet celkové odchylky.
3. Nastav úhel dopadu pro každý pokus a zapiš celkovou odchylku.

Řídící rovnice

Média s nižším indexem odchylují méně — δ = θ₁ + θ₄ − A

Index lomu vody (1.33) je nižší než typické sklo (1.5–1.66), takže vodní hranol láme světlo na každé stěně méně silně — menší celková odchylka δ = θ₁ + θ₄ − A pro stejný vrcholový úhel a dopad.

Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat

• Pro jeden pokus spočti θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), pak δ = θ₁ + θ₄ − A s n = 1.33. Porovnej s tabulkou.
• Porovnj své hodnoty odchylky s experimentem white-light-prism (stejný vrcholový úhel, vyšší index). Vysvětli, proč nižší index vody produkuje menší odchylku při každém odpovídajícím úhlu dopadu.

Kde se to objevuje mimo laboratoř

• Duha je v podstatě miliony drobných kulových „hranolů“ z vodních kapek lomících a vnitřně odrážejících sluneční světlo. Vysvětli, proč relativně skrovná disperze vody (ve srovnání se sklem) pořád produkuje viditelné, i když méně výrazné spektrum v duze.
• Napříč tímto experimentem flint-prism (n≈1.66), white-light-prism/korunové sklo (n=1.5) a water-prism (n=1.33) tvoří jasný trend: hustší optická média dispergují a odchylují světlo víc. Vysvětli, proč tento trend následuje stejnou fyziku jako trend mezního úhlu v experimentu tir.

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

1. Vítej ve Vodním hranolu
2. Vyber hranol
3. Stiskni Spustit
4. Jemné rozprostření ve vodě
5. Otevři panel Vlastnosti
6. Povedlo se!

Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.

Otevřít interaktivní laboratoř →

Stáhnout pracovní list →

Snellův zákon lomu