Optika

Vodný hranol (dúha)

Voda (n≈1,33) disperguje oveľa menej než sklo — jemné rozptylenie, ktoré maľuje dúhu.

Vodný hranol (dúha) — interaktívna simulácia Optika. Voda (n≈1,33) disperguje oveľa menej než sklo — jemné rozptylenie, ktoré maľuje dúhu. Bezplatné virtuálne fyzikálne laboratórium v prehliadači so živými SI meraniami a sprievodcom.

Vodná disperzia

Voda (n≈1.33) disperguje oveľa menej než sklo — jemné rozloženie, ktoré maľuje dúhu.

Skromný index vody (≈1.33) a nízka disperzia produkujú jemné spektrum — fyzika za prirodzenými dúhami, kde drobné kvapky vody fungujú ako hranoly. Menšie rozloženie než sklo, ale dosť na viditeľné oddelenie farieb.

• n ≈ 1.33
• Jemné dúhové rozloženie

Prehľad skúmania

Naplánuj otázku ešte pred otvorením laboratória

Stručný opis zrkadlí predrenderovanú stránku: hlavná otázka, súťažiace predikcie, úlohy premenných, riadiace zákony, postavenie, analýza a rozširujúce podnety zostávajú viditeľné a v tomto poradí.

Hlavná otázka

Voda má nižší index lomu (n ≈ 1.33) než sklo. Vychyľuje vodný hranol svetlo menej než ekvivalentný sklený hranol?

Predikcie na zváženie

• Áno — nižší index vody znamená menej ohýbania na každej stene, takže menej celkovej výchylky než sklený hranol s tým istým vrcholovým uhlom.
• Vodný hranol vychyľuje svetlo viac než sklo.
• Výchylka je rovnaká bez ohľadu na index prostredia.

Úlohy premenných

Čo nastavuješ:

• Uhol dopadu θ₁ (°)

Čo meriaš:

• Celková výchylka δ (°)

Ako skúmanie prebieha

1. Otvor predvolbu vodný hranol a stlač Resetovať. Tento vodou naplnený hranol má vrcholový uhol A = 60°, index n = 1.33.
2. Zapni odčítanie celej výchylky.
3. Nastav uhol dopadu pre každý pokus a zaznamenaj celkovú výchylku.

Riadiaca rovnica

Nižšieindexové prostriedky vychyľujú menej — δ = θ₁ + θ₄ − A

Index lomu vody (1.33) je nižší než typické sklo (1.5–1.66), takže vodný hranol láme svetlo menej silne na každej stene — menšia celková výchylka δ = θ₁ + θ₄ − A pre ten istý vrcholový uhol a dopad.

Čo má študentov naučiť tlačiteľný list

• Pre jeden pokus vypočítaj θ₂ = asin(sin θ₁/n), θ₃ = A − θ₂, θ₄ = asin(n·sin θ₃), potom δ = θ₁ + θ₄ − A, s n = 1.33. Porovnaj s tabuľkou.
• Porovnaj svoje hodnoty výchylky s experimentom hranol s bielym svetlom (rovnaký vrcholový uhol, vyšší index). Vysvetli, prečo nižší index vody produkuje menšiu výchylku pri každom zodpovedajúcom uhle dopadu.

Kde sa to objavuje mimo laboratória

• Dúha je v podstate milióny drobných guľových „hranolov“ dažďových kvapiek lomiacich a vnútorne odrážajúcich slnečné svetlo. Vysvetli, prečo pomerne skromná disperzia vody (v porovnaní so sklom) stále produkuje viditeľné, hoci menej výrazné spektrum v dúhe.
• Cez tento experiment, flintový hranol (n≈1.66), hranol s bielym svetlom/korunové sklo (n=1.5) a vodný hranol (n=1.33) tvoria jasný trend: hustejšie optické prostredia dispergujú a vychyľujú svetlo viac. Vysvetli, prečo tento trend nasleduje tej istej fyzike ako trend hraničného uhla experimentu úplný odraz.

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

1. Vitaj pri vodnom hranole
2. Vyber hranol
3. Stlač Prehrať
4. Jemné rozloženie vo vode
5. Otvor panel Vlastnosti
6. Zvládol si to!

Otvor interaktívnu simuláciu na postavenie scény, stlač Prehrať a skúmaj so živými meraniami a sprievodcom.

Otvoriť interaktívne laboratórium →

Stiahnuť pracovný list →

Snellov zákon lomu