Optiikka

Vesiprisma (sateenkaari)

Vesi (n≈1.33) hajottaa paljon vähemmän kuin lasi – lempeä levittäytyminen, joka maalaa sateenkaaren.

Vesiprisma (sateenkaari) – interaktiivinen Optiikka-simulaatio. Vesi (n≈1.33) hajottaa paljon vähemmän kuin lasi – lempeä levittäytyminen, joka maalaa sateenkaaren. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Veden hajonta

Vesi (n≈1.33) hajottaa paljon vähemmän kuin lasi – lempeä levittäytyminen, joka maalaa sateenkaaren.

Veden kohtuullinen indeksi (≈1.33) ja matala hajonta tuottavat hellävaraisen spektrin – fysiikka luonnollisten sateenkaarten takana, jossa pienet vesipisarat toimivat prismoina. Vähemmän levittäytymistä kuin lasissa, mutta riittävä erottamaan värit näkyvästi.

• n ≈ 1.33
• Hellävarainen sateenkaarilevitys

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

Vedellä on matalampi taittokerroin (n ≈ 1.33) kuin lasilla. Poikkeaako vedellä täytetty prisma valoa vähemmän kuin vastaava lasiprisma?

Punniteltavat ennusteet

• Kyllä – veden matalampi indeksi tarkoittaa vähemmän taittumista kummallakin pinnalla, joten vähemmän kokonaispoikkeamaa kuin samankärkisellä lasiprismalla.
• Vesiprisma poikkeaa valoa enemmän kuin lasi.
• Poikkeama on sama riippumatta väliaineen indeksistä.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Tulokulma θ₁ (°)

Mitä mittaat:

• Kokonaispoikkeama δ (°)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa vesiprisma-esiasetus ja paina Nollaa. Tällä vedellä täytetyllä prismalla on kärkikulma A = 60°, indeksi n = 1.33.
2. Ota käyttöön kokonaispoikkeaman lukema.
3. Aseta tulokulma jokaiselle suoritukselle ja kirjaa kokonaispoikkeama.

Hallitseva yhtälö

Matalammaindeksiset väliaineet poikkeuttavat vähemmän — δ = θ₁ + θ₄ − A

Veden taittokerroin (1.33) on matalampi kuin tyypillisen lasin (1.5–1.66), joten vesiprisma taittaa valoa heikommin kummallakin pinnalla – pienempi kokonaispoikkeama δ = θ₁ + θ₄ − A samalla kärkikulmalla ja tulokulmalla.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), sitten δ = θ₁ + θ₄ − A, käyttäen n = 1.33. Vertaa taulukkoon.
• Vertaa poikkeamaarvojasi valkoisen valon prisma -kokeen arvoihin (sama kärkikulma, korkeampi indeksi). Selitä, miksi veden matalampi indeksi tuottaa pienemmän poikkeaman jokaisella vastaavalla tulokulmalla.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Sateenkaari on olennaisesti miljoonia pieniä pyöreitä vesipisaraprismaa, jotka taittavat ja heijastavat sisäisesti auringonvaloa. Selitä, miksi veden suhteellisen kohtuullinen hajonta (lasin verrattuna) tuottaa silti näkyvän, joskin hieman vähemmän elävän, spektrin sateenkaaressa.
• Tämän kokeen alueella flinttilasiprisma (n≈1.66), valkoisen valon prisma/kruunulasi (n=1.5) ja vesiprisma (n=1.33) muodostavat selkeän trendin: tiheämmät optiset väliaineet hajottavat ja poikkeuttavat valoa enemmän. Selitä, miksi tämä trendi seuraa samaa fysiikkaa kuin TIR-kokeen kriittisen kulman trendi.

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

1. Tervetuloa vesiprismaan
2. Valitse prisma
3. Paina Toista
4. Hellävarainen levittäytyminen vedessä
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