OPTYCZNE PODSTAWY NIEWIDZIALNOŚCI

dr inż. Piotr Lesiak

(we współpracy z mgr inż. Anną Maksimowską

nauczycielką fizyki w I LO im. gen. J. Bema w Ostrołęce)

Pytanie 1.

Kąt odbicia jest równy:

1. kątowi padania

2. kątowi załamania

3. stosunkowi kątów padania i załamania

4. stosunkowi sinusów kątów padania i załamania

Prawidłowa odpowiedź: a)

Pytanie 2.

Współczynnik załamania światła jest równy:

1. kątowi padania

2. kątowi załamania

3. stosunkowi kątów padania i załamania

4. stosunkowi sinusów kątów padania i załamania

Prawidłowa odpowiedź: d)

Pytanie 3.

Kiedy mamy do czynienia z całkowitym wewnętrznym odbiciem:

1. kiedy światło odbija się od powierzchni metalu

2. gdy światło wchodzi z ośrodka optycznie gęstszego do ośrodka optycznie rzadszego

3. gdy światło wchodzi z ośrodka optycznie rzadszego do ośrodka optycznie gęstszego

4. gdy gęstości optyczne ośrodków są takie same

Prawidłowa odpowiedź: b)

Zadanie 4.

Całkowite wewnętrzne odbicie światła od powierzchni wody można w bardzo prosty sposób zademonstrować.

Potrzebne przedmioty: przezroczysta szklanka z wodą, obiekt do obserwacji, np. kolorowy napis, tekst z gazety.

Wykonanie:

Szklankę z wodą ustawiamy blisko krawędzi stołu. Na stole za szklanką kładziemy napis. Kucamy i patrzymy na powierzchnię wody od strony wody (rysunek). Jeżeli spojrzymy pod odpowiednim kątem, to na powierzchni wody obserwujemy obraz naszego przedmiotu tak, jak w lustrze. Sama powierzchnia wody jest wtedy nieprzezroczysta.

Można też na powierzchnię wody (od strony wody) skierować promień światła ze wskaźnika laserowego. Odbije się on od powierzchni wody, jak od zwierciadła i znajdzie się na stole (zdjęcie).

Rysunek

Zdjęcie

Zadanie 5.

Wyznaczenie współczynnika załamania światła płytki wykonanej z plexi. Potrzebne przyrządy i materiały: Płytka płasko - równoległa wykonana z plexi lub szkła (można wypożyczyć z pracowni fizyki w szkole), kartka papieru milimetrowego, kolorowe pisaki, linijka, wskaźnik laserowy.

Przebieg doświadczenia: Doświadczenie rozpoczynamy od narysowania pionowej kreski na płytce. Następnie na kartce z bloku milimetrowego rysujemy przedłużenie tej kreski. Kolejnym etapem jest zagięcie końcówki kartki (zrobienie ekranu ). Następnie rysujemy trzy kropki na papierze milimetrowym przed płytką i za pomocą wskaźnika laserowego wyznaczamy punkt w którym pojawiają się one na ekranie. Wyznaczamy wartości sinusa kąta padania (sinα) i sinusa kąta załamania(sinβ). Następnie obliczamy współczynnik załamania światła
.

Przykładowe pomiary:

Odczytaliśmy z papieru milimetrowego wartość x, d oraz wartości y i b dla kolejnych promieni (zaznaczane kropkami na papierze milimetrowym).

Wykonane pomiary i wyniki obliczeń zestawione zostały w tabeli:

x=10mm

d=32mm

Nr promienia	y, (mm)	sinα	b, (mm)	sinβ	n
1	4	0,37	10	0,30	1,23
2	6	0.51	14	0,40	1,28
3	7	0,57	18	0,49	1,16

=

Wnioski:

Pomysłem, który pozwolił na wykonanie tego doświadczenia, było wykorzystanie papieru milimetrowego zarówno jako ekranu, jak i miernika odległości.

Uzyskana wartość współczynnika załamania n_śr = 1,22 zgadza się z wartościami tablicowymi (dla szkła bądź plexi, z którego była wykonana płytka, współczynnik załamania zawiera się w granicach od ok. 1,1 do 1,8 w zależności od materiału).

Zadanie 6.

Na dnie nieprzezroczystego naczynia umieszczamy monetę, w taki sposób, żeby była niewidoczna. Nie zmieniając położenia swojego wzroku nalewamy wodę do naczynia (na tyle ostrożnie, aby moneta nie przesunęła się przy tym). Po nalaniu wody moneta stanie się widoczna. Wyjaśnij dlaczego?

Odpowiedź:

Światło, odbijane od monety (punkt A na rysunku), rozchodzi się we wszystkich kierunkach. Pewna wiązka promieni pada od spodu na powierzchnię wody w punkcie O, załamuje się na powierzchni i trafia do naszego oka w punkcie B. Oko rzutuje punkt A do punktu A₁ i wydaje nam się, że moneta znajduje się na głębokości h, a nie tak, jak jest w rzeczywistości na głębokości H.

Wykorzystując prawo załamania światła oraz znajomość trygonometrii można obliczyć tę głębokość. Tu ograniczamy się tylko do rozwiązania jakościowego.

Uwaga: Zwróćmy uwagę, że do oka trafia nie jeden promień, ale cała wiązka promieni, której przekrój jest ograniczony przez źrenicę oka. Jednak wiązka ta jest tak wąska, że możemy jej przekroju nie brać pod uwagę traktując ją jako linię AOB.

Zeszyt ćwiczeń

Projekt współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki

5

Projekt współfinansowany z Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki

Tu znajduje się oko

obserwatora

Tu znajduje się

kolorowy napis

b

y

x

β

α

d

B

Tu znajduje się

oko obserwatora

β

O

h

α

A₁

H

A

---