Pryzmat zgina światło: kąt odchylenia

1 · Prognoza

Światło wchodzące do szklanego pryzmatu zgina się (załamuje) na każdej ścianie, wychodząc odchylone od pierwotnego kierunku. Czy zmiana kąta padania na pierwszej ścianie zawsze zmienia odchylenie całkowite w tym samym kierunku?

• Odchylenie zawsze rośnie ze wzrostem kąta padania.
• Nie — odchylenie ma faktycznie minimum przy określonym kącie padania, nie prosty trend rosnący lub malejący.
• Odchylenie zawsze maleje ze wzrostem kąta padania.

2 · Przygotowanie

1. Otwórz preset white-light-prism i naciśnij Reset. Ten pryzmat ze szkła koronowego ma kąt łamiący A = 60°, współczynnik n = 1.5.
2. Włącz odczyt odchylenia całkowitego.
3. Ustaw kąt padania na pierwszej ścianie dla każdej próby i zapisz odchylenie całkowite.

3 · Zbieranie danych

Narysuj odchylenie δ (oś y) względem kąta padania θ₁ (oś x) dla trzech prób. Czy δ zapada się do minimum gdzieś w środku?

4 · Analiza

1. Dla jednej próby oblicz θ₂ = asin(sin θ₁/n) (Snell na pierwszej ściance); θ₃ = A − θ₂ (geometria pryzmatu); θ₄ = asin(n·sin θ₃) (Snell na drugiej ściance), a potem δ = θ₁ + θ₄ − A. Porównaj z tabelą.
2. Wyjaśnij, dlaczego odchylenie nie jest prostą funkcją monotoniczną kąta padania — geometria pryzmatu (zginanie na DWÓCH ścianach) tworzy prawdziwe minimum przy kącie przejścia symetrycznego, badanym wprost w eksperymencie min-deviation.

5 · Rozszerzenie

1. Białe światło zawiera wiele długości fal, każda o nieco innym współczynniku załamania (dyspersja) — więc każdy kolor odchyla się o nieco inną wartość, wachlarząc białe światło w widzialne widmo. Ten eksperyment używa pojedynczego reprezentatywnego współczynnika; prawdziwe białe światło rozprasza się w tęczę.
2. Tęcza powstaje ze światła słonecznego załamywanego i wewnętrznie odbijanego w kulistych kroplach deszczu — geometria bardziej złożona niż ten płaskościenny pryzmat, ale napędzana dokładnie tą samą zasadą załamania zależnego od długości fali (dyspersji).

Fizyka tego eksperymentu

← Wróć do eksperymentu