Optyka

Pryzmat wodny (tęcza)

Woda (n≈1,33) dysperguje znacznie mniej niż szkło — łagodne rozciągnięcie, które maluje tęczę.

Pryzmat wodny (tęcza) — interaktywna symulacja: Optyka. Woda (n≈1,33) dysperguje znacznie mniej niż szkło — łagodne rozciągnięcie, które maluje tęczę. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Dyspersja wody

Woda (n≈1.33) dysperguje znacznie mniej niż szkło — łagodne rozciągnięcie, które maluje tęczę.

Skromny współczynnik wody (≈1.33) i niska dyspersja dają delikatne widmo — fizyka stojąca za naturalnymi tęczami, gdzie maleńkie krople wody działają jak pryzmaty. Mniejsze rozciągnięcie niż szkło, ale wystarczające, by widocznie rozdzielić kolory.

• n ≈ 1.33
• Łagodny wachlarz tęczy

Krótki opis badania

Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię

Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.

Pytanie badawcze

Woda ma niższy współczynnik załamania (n ≈ 1.33) niż szkło. Czy pryzmat wypełniony wodą odchyla światło mniej niż odpowiedni pryzmat szklany?

Prognozy do rozważenia

• Tak — niższy współczynnik wody znaczy mniej zginania na każdej ścianie, więc mniejsze odchylenie całkowite niż szklany pryzmat o tym samym kącie.
• Pryzmat wodny odchyla światło bardziej niż szklany.
• Odchylenie jest takie samo niezależnie od współczynnika ośrodka.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Kąt padania θ₁ (°)

Co mierzysz:

• Odchylenie całkowite δ (°)

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset water-prism i naciśnij Reset. Ten pryzmat wypełniony wodą ma kąt łamiący A = 60°, współczynnik n = 1.33.
2. Włącz odczyt odchylenia całkowitego.
3. Ustaw kąt padania dla każdej próby i zapisz odchylenie całkowite.

Równanie rządzące

Ośrodki o niższym współczynniku odchylają mniej — δ = θ₁ + θ₄ − A

Współczynnik załamania wody (1.33) jest niższy niż typowego szkła (1.5–1.66), więc wodny pryzmat słabiej ugina światło na każdej ściance — mniejsze całkowite odchylenie δ = θ₁ + θ₄ − A przy tym samym kącie łamiącym i padania.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby oblicz θ₂ = asin(sin θ₁/n); θ₃ = A − θ₂; θ₄ = asin(n·sin θ₃), a potem δ = θ₁ + θ₄ − A, używając n = 1.33. Porównaj z tabelą.
• Porównaj swoje wartości odchylenia z eksperymentem white-light-prism (ten sam kąt, wyższy współczynnik). Wyjaśnij, dlaczego niższy współczynnik wody daje mniejsze odchylenie przy każdym pasującym kącie padania.

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• Tęcza to zasadniczo miliony maleńkich kulistych kropel „pryzmatów” załamujących i wewnętrznie odbijających światło słoneczne. Wyjaśnij, dlaczego względnie skromna dyspersja wody (w porównaniu ze szkłem) wciąż daje widoczne, choć mniej wyraziste widmo w tęczy.
• W tej serii eksperymentów flint-prism (n≈1.66), white-light-prism/szkło koronowe (n=1.5) i water-prism (n=1.33) tworzą wyraźną tendencję: gęstsze ośrodki optyczne silniej dyspersują i odchylają światło. Wyjaśnij, dlaczego ta tendencja wynika z tej samej fizyki co trend kąta granicznego w eksperymencie tir.

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

1. Witamy w pryzmacie wodnym
2. Zaznacz pryzmat
3. Naciśnij Play
4. Łagodne rozciągnięcie w wodzie
5. Otwórz panel Właściwości
6. Udało się!

Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.

Otwórz interaktywną pracownię →

Pobierz kartę pracy →

Prawo Snelliusa załamania