Optiikka

Näennäissyvyys (tasainen rajapinta)

Taittuminen tasaisessa rajapinnassa saa uponneen objektin näyttämään matalammalta (näennäissyvyys = todellinen syvyys · n₂/n₁).

Näennäissyvyys (tasainen rajapinta) – interaktiivinen Optiikka-simulaatio. Taittuminen tasaisessa rajapinnassa saa uponneen objektin näyttämään matalammalta (näennäissyvyys = todellinen syvyys · n₂/n₁). Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Näennäissyvyys

Taittuminen tasaisessa rajapinnassa saa uponneen objektin näyttämään matalammalta (näennäissyvyys = todellinen syvyys · n₂/n₁).

Vedenalaisesta objektista tulevat säteet taittuvat normaalin suuntaan poistuessaan ilmaan, joten silmä jäljittää ne takaisin matalampaan näennäisasentoon. Näennäissyvyys skaalautuu kuin todellinen syvyys × n_water/n_air, mistä syystä allas näyttää matalammalta kuin se on.

• n₁ sin θ₁ = n₂ sin θ₂
• Matalampi näennäissyvyys

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Katsottaessa suoraan alas veteen ilmasta, pohjalla oleva objekti näyttää matalammalta kuin sen todellinen syvyys. Skaalautuuko tämä näennäissyvyysvaikutus suoraan verrannollisena todelliseen syvyyteen?

Punniteltavat ennusteet

• Kyllä – näennäissyvyys on aina kiinteä osuus todellisesta syvyydestä, kahden taittokertoimen suhteen määräämä.
• Näennäissyvyys pysyy samana riippumatta todellisesta syvyydestä.
• Yksinkertaista suhdetta todellisen ja näennäissyvyyden välillä ei ole.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Todellinen syvyys d_o (cm)

Mitä mittaat:

• Näennäissyvyys d_i (cm)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa näennäissyvyys-esiasetus ja paina Nollaa. Veden indeksi on kiinnitetty arvoon n₁ = 1.33 (katsotaan ulos ilmaan, n₂ = 1.0).
2. Ota käyttöön näennäissyvyyden lukema.
3. Aseta todellinen syvyys jokaiselle suoritukselle ja kirjaa näennäissyvyys.

Hallitseva yhtälö

Näennäissyvyys (paraksiaalinen approksimaatio) — n₁·sinθ₁ = n₂·sinθ₂

Katsottaessa lähes suoraan alas tasaisen rajapinnan läpi objektin näennäissyvyys skaalautuu taittokertoimien suhteella: d_apparent = d_true·(n_viewing/n_object). Tiheämmästä harvempaan katsominen (kuten vedestä ilmaan) saa objektit näyttämään matalammalta.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske d_i = −d_o·(n₂/n₁) arvoilla n₁ = 1.33, n₂ = 1.0. Vertaa taulukkoon.
• Selitä, miksi katsominen tiheämmästä väliaineesta (vedestä) harvempaan (ilmaan) saa objektit aina näyttämään lähempänä (matalammalla) kuin ne oikeasti ovat – suhde n₂/n₁ tässä on pienempi kuin 1.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Jos olisit veden alla katsomassa YLÖS johonkin ilmassa pinnan yläpuolella, suhde kääntyisi (n₁ = 1.0, n₂ = 1.33 veden puolelta), tehden asioista näyttävän kauempana/syvemmällä kuin ne oikeasti ovat. Selitä, miksi katsomissuunta rajapinnan läpi merkitsee.
• Keihästyskalastajan on tähtättävä alle, missä kala visuaalisesti näyttää olevan, tämän näennäissyvyys- (oikeastaan näennäisasento) vaikutuksen vuoksi. Selitä datasi avulla, miksi 1 m syvyydellä näyttävä kala voi oikeasti olla huomattavasti syvemmällä.

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

1. Tervetuloa näennäissyvyyteen
2. Valitse objekti
3. Paina Toista
4. Objekti näyttää matalammalta
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Snellin taittumislaki