워터 프리즘: 유리보다 더 부드러운 분산

1 · 예측

물은 유리보다 굴절률이 낮습니다(n ≈ 1.33). 물로 채운 프리즘은 동등한 유리 프리즘보다 빛을 덜 편향시킵니까?

• 그렇습니다. 물의 지수가 낮다는 것은 각 면의 굽힘이 적다는 것을 의미하므로 동일한 정점 각도의 유리 프리즘보다 총 편차가 적습니다.
• 워터 프리즘은 유리보다 빛의 편차가 더 큽니다.
• 편차는 매체의 지수에 관계없이 동일합니다.

2 · 설정

1. “물 프리즘(water-prism)” 프리셋을 열고 초기화를 누르세요. 이 물로 채운 프리즘은 꼭지각 A = 60°, 굴절률 n = 1.33입니다.
2. 총 편향각 표시를 활성화하세요.
3. 각 시행에 대한 입사각을 설정하고 전체 편차를 기록합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 편향 δ(y축)를 입사각 θ₁(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 그 규모를 white-light-prism(크라운 유리) 실험과 비교하세요.

4 · 분석

1. 한 번의 시행에 대해 θ² = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ², θ₄ = asin(n·sin θ₃), 그런 다음 n = 1.33을 사용하여 δ = θ₁ + θ₄ − A를 계산합니다. 표와 비교해 보세요.
2. 편차 값을 white-light-prism 실험(동일한 정점 각도, 더 높은 지수)과 비교하십시오. 물의 지수가 낮을수록 모든 일치하는 입사각에서 편차가 더 작은 이유를 설명하십시오.

5 · 확장

1. 무지개는 본질적으로 수백만 개의 작은 구형 물방울 '프리즘'이 햇빛을 굴절시키고 내부 반사시킨 것입니다. 물의 상대적으로 적당한 분산(유리에 비해)이 왜 여전히 다소 덜 선명하기는 해도 무지개에서 눈에 보이는 스펙트럼을 만들어내는지 설명하세요.
2. 이 실험 전체에 걸쳐, flint-prism(n≈1.66), white-light-prism/크라운 유리(n=1.5), water-prism(n=1.33)은 뚜렷한 경향을 이룹니다: 더 밀도가 높은 광학 매질일수록 빛을 더 많이 분산시키고 편향시킵니다. 이 경향이 왜 tir 실험의 임계각 경향과 같은 물리를 따르는지 설명하세요.

이 실험의 물리학

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