Optika

Ūdens prizma (varavīksne)

Ūdens (n≈1.33) izkliedē daudz mazāk nekā stikls — maigā izkliede, kas glezno varavīksni.

Ūdens prizma (varavīksne) — interaktīva Optika simulācija. Ūdens (n≈1.33) izkliedē daudz mazāk nekā stikls — maigā izkliede, kas glezno varavīksni. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.

Ūdens dispersija

Ūdens (n≈1.33) izkliedē daudz mazāk nekā stikls — maigā izkliede, kas glezno varavīksni.

Ūdens pieticīgais koeficients (≈1.33) un zemā dispersija rada maigu spektru — fizika aiz dabiskām varavīksnēm, kur sīkas ūdens lāseles darbojas kā prizmas. Mazāka izkliede nekā stiklam, bet pietiekami, lai krāsas redzami šķirtos.

• n ≈ 1.33
• Maigā varavīksnes izkliede

Izpētes kopsavilkums

Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju

Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.

Virzošais jautājums

Ūdenim ir zemāks laušanas koeficients (n ≈ 1.33) nekā stiklam. Vai ūdeni pildīta prizma novirza gaismu mazāk nekā ekvivalenta stikla prizma?

Prognozes, ko svērt

• Jā — ūdens zemākais koeficients nozīmē mazāk liekšanas pie katras virsmas, tāpēc mazāk kopējās novirzes nekā tāda paša virsotnes leņķa stikla prizmai.
• Ūdens prizma novirza gaismu vairāk nekā stikls.
• Novirze ir tā pati neatkarīgi no vides koeficienta.

Lielumu lomas

Ko tu iestati:

• Iekrišanas leņķis θ₁ (°)

Ko tu mēri:

• Kopējā novirze δ (°)

Kā izpēte norit

1. Atver ūdens prizmas eksperimentu un nospied Atiestatīt. Šai ūdeni pildītajai prizmai ir virsotnes leņķis A = 60°, koeficients n = 1.33.
2. Ieslēdz kopējās novirzes rādījumu.
3. Iestati iekrišanas leņķi katram mēģinājumam un ieraksti kopējo novirzi.

Noteicošais vienādojums

Zemāka koeficienta vides novirza mazāk — δ = θ₁ + θ₄ − A

Ūdens laušanas koeficients (1.33) ir zemāks nekā tipiskam stiklam (1.5–1.66), tāpēc ūdens prizma liec gaismu mazāk stipri pie katras virsmas — mazāka kopējā novirze δ = θ₁ + θ₄ − A tam pašam virsotnes leņķim un iekrišanai.

Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt

• Vienam mēģinājumam izrēķini θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), tad δ = θ₁ + θ₄ − A, ar n = 1.33. Salīdzini ar tabulu.
• Salīdzini savas novirzes vērtības ar baltās gaismas prizmas eksperimenta (tas pats virsotnes leņķis, augstāks koeficients). Izskaidro, kāpēc ūdens zemākais koeficients rada mazāku novirzi pie katra atbilstošā iekrišanas leņķa.

Kur tas parādās ārpus laboratorijas

• Varavīksne būtībā ir miljoniem sīku sfērisku ūdens pilienu „prizmu”, laujot un iekšēji atstarojot saules gaismu. Izskaidro, kāpēc ūdens relatīvi pieticīgā dispersija (salīdzinājumā ar stiklu) tomēr rada redzamu, kaut mazāk spilgtu spektru varavīksnē.
• Pāri šim eksperimentam flinta prizma (n≈1.66), baltās gaismas prizma/kroņa stikls (n=1.5) un ūdens prizma (n=1.33) veido skaidru tendenci: blīvākas optiskās vides izkliedē un novirza gaismu vairāk. Izskaidro, kāpēc šī tendence seko tai pašai fizikai kā pilnīgās iekšējās atstarošanas eksperimenta robežleņķa tendence.

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

1. Sveicināts ūdens prizmas eksperimentā
2. Atlasīts prizmu
3. Nospied „Atskaņot”
4. Maigā izkliede ūdenī
5. Atver Īpašību paneli
6. Tev izdevās!

Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.

Atvērt interaktīvo laboratoriju →

Lejupielādēt darba lapu →

Snela laušanas likums