Οπτική

Φαινόμενο βάθος (επίπεδη επιφάνεια)

Η διάθλαση σε επίπεδη διεπιφάνεια κάνει ένα βυθισμένο αντικείμενο να φαίνεται πιο ρηχό (φαινόμενο βάθος = πραγματικό βάθος · n₂/n₁).

Φαινόμενο βάθος (επίπεδη επιφάνεια) — διαδραστική προσομοίωση Οπτική. Η διάθλαση σε επίπεδη διεπιφάνεια κάνει ένα βυθισμένο αντικείμενο να φαίνεται πιο ρηχό (φαινόμενο βάθος = πραγματικό βάθος · n₂/n₁). Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Φαινόμενο βάθος

Η διάθλαση σε επίπεδη επιφάνεια κάνει βυθισμένο αντικείμενο να φαίνεται ρηχότερο (φαινόμενο βάθος = πραγματικό βάθος · n₂/n₁).

Ακτίνες από υποβρύχιο αντικείμενο κάμπτονται προς την κάθετη όταν εξέρχονται στον αέρα, ώστε το μάτι τις ανιχνεύει πίσω σε ρηχότερη φαινόμενη θέση. Το φαινόμενο βάθος κλιμακώνεται ως πραγματικό βάθος × n_water/n_air, γι' αυτό μια πισίνα φαίνεται ρηχότερη απ' όσο είναι.

• n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
• Ρηχότερο φαινόμενο βάθος

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Κοιτάζοντας ευθεία κάτω σε νερό από αέρα, αντικείμενο στον πυθμένα εμφανίζεται ρηχότερο από το πραγματικό του βάθος. Κλιμακώνεται αυτό το φαινόμενο βάθος ευθέως ανάλογα με το πραγματικό βάθος;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Ναι — το φαινόμενο βάθος είναι πάντα σταθερό κλάσμα του πραγματικού, καθορισμένο από τον λόγο των δύο δεικτών διάθλασης.
• Το φαινόμενο βάθος μένει ίδιο ανεξαρτήτως πραγματικού βάθους.
• Δεν υπάρχει απλή σχέση μεταξύ πραγματικού και φαινόμενου βάθους.

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Πραγματικό βάθος d_o (cm)

Τι μετράς:

• Φαινόμενο βάθος d_i (cm)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή apparent-depth και πάτησε Επαναφορά. Ο δείκτης νερού είναι σταθερός σε n₁ = 1.33 (κοιτάζοντας έξω στον αέρα, n₂ = 1.0).
2. Ενεργοποίησε την ένδειξη φαινόμενου βάθους.
3. Ρύθμισε το πραγματικό βάθος για κάθε δοκιμή και κατέγραψε το φαινόμενο βάθος.

Κυρίαρχη εξίσωση

Φαινόμενο βάθος (παραξονική προσέγγιση) — n₁·sinθ₁ = n₂·sinθ₂

Κοιτάζοντας σχεδόν ευθεία κάτω μέσω επίπεδης επιφάνειας, το φαινόμενο βάθος αντικειμένου κλιμακώνεται από τον λόγο δεικτών διάθλασης: d_apparent = d_true·(n_viewing/n_object). Προβολή πυκνότερο-προς-λιγότερο-πυκνό (όπως νερό προς αέρα) κάνει τα αντικείμενα να φαίνονται ρηχότερα.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για μία δοκιμή, υπολόγισε d_i = −d_o·(n₂/n₁) χρησιμοποιώντας n₁ = 1.33, n₂ = 1.0. Σύγκρινε με τον πίνακα.
• Εξήγησε γιατί το κοιτάζοντας από πυκνότερο μέσο (νερό) σε λιγότερο πυκνό (αέρας) πάντα κάνει τα αντικείμενα να εμφανίζονται πιο κοντά (ρηχότερα) απ' όσο πραγματικά είναι — ο λόγος n₂/n₁ εδώ είναι μικρότερος του 1.

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Αν ήσουν μέσα στο νερό κοιτάζοντας ΠΑΝΩ σε κάτι στον αέρα πάνω από την επιφάνεια, ο λόγος θα αντιστρεφόταν (n₁ = 1.0, n₂ = 1.33 από την πλευρά του νερού), κάνοντας τα πράγματα να εμφανίζονται πιο μακριά/βαθύτερα απ' όσο πραγματικά είναι. Εξήγησε γιατί η διεύθυνση που κοιτάς μέσω της επιφάνειας παίζει ρόλο.
• Κάποιος που ψαρεύει με λόγχη πρέπει να στοχεύει κάτω από το πού φαίνεται οπτικά ένα ψάρι, εξαιτίας αυτού του φαινόμενου βάθους (πραγματικά, φαινόμενης θέσης) φαινόμενο. Εξήγησε, χρησιμοποιώντας τα δεδομένα σου, γιατί ψάρι που φαίνεται 1 m βαθιά μπορεί πραγματικά να είναι αισθητά βαθύτερο.

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

1. Καλώς όρισες στο Φαινόμενο βάθος
2. Επίλεξε το αντικείμενο
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Το αντικείμενο φαίνεται ρηχότερο
5. Άνοιξε το πάνελ Ιδιότητες
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Νόμος Snell διάθλασης