Voorbeeldvrae oor sigbare ligbespreking
Inleiding
Sigbare lig is die gedeelte van die elektromagnetiese spektrum wat vir die menslike oog sigbaar is. Die golflengtebereik van sigbare lig is ongeveer 380 tot 740 nanometer. Hierdie lig bestaan uit verskillende kleure wat deur refraksie of diffraksie geskei kan word. Hierdie verskynsel word dikwels in fisika bestudeer, veral in die hoofstuk oor optika.
Lig is 'n vorm van energie wat noodsaaklik is vir die alledaagse lewe en 'n sleutelonderwerp in verskeie fisikaprobleme. In hierdie artikel sal ons verskeie voorbeeldprobleme bespreek en hoe om dit op te los wat verband hou met sigbare lig.
Voorbeeldvrae en bespreking
Vraag 1: Witligspektrum
'n Glasprisma word gebruik om 'n straal wit lig in sy komponentkleure te skei. Lys die kleurspektrum wat voortspruit uit die breking van wit lig deur die prisma, van kortste tot langste golflengte.
Bespreking:
Wit lig bestaan uit verskillende kleure met verskillende golflengtes. Wanneer wit lig deur 'n prisma gelei word, word elke kleurkomponent teen 'n ander hoek gebuig, afhangende van sy golflengte. Die volgorde van kleure van kortste tot langste golflengte is:
1. Pers
2. Blou
3. Groen
4. Geel
5. Oranje
6. Rooi
Pers het die kortste golflengte (~380 nm) en word die meeste afgebuig, terwyl rooi die langste golflengte (~700 nm) het en die minste afgebuig word.
Vraag 2: Brekingsindeks
'n Monochromatiese lig met 'n golflengte van 600 nm is in 'n medium van water met 'n brekingsindeks van n. Die lig gaan 'n tweede medium binne, naamlik glas met 'n brekingsindeks van 1,5. Bereken die brekingshoek as die invalshoek in die water 30 grade is. Die brekingsindeks van water is 1,33.
Bespreking:
Gebruik Snell se wet, wat bepaal dat:
[n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2]
Gegee:
– Brekingsindeks van water, \(n_1 = 1,33 \)
– Brekingsindeks van glas, \(n_2 = 1,5 \)
– Invalshoek in water, (θ = 30°C)
So:
\[ 1,33 \sin 30^\circ = 1,5 \sin \theta_2 \]
Aangesien \(sin 30^\circ = 0,5\), vervang dit in die vergelyking:
\[ 1,33 \times 0,5 = 1,5 \sin \theta_2 \]
\[ 0,665 = 1,5 \sin \theta_2 \]
[sin \theta_2 = \frac{0,665}{1,5}]
[sin θ² = 0,4433]
Vind die brekingshoek \( \theta_² \):
[θ⁻² = sin⁻¹ (0,4433) ~ 26,4 omtrek]
Dus, die brekingshoek in die glas \( \theta_2 \) is ongeveer 26,4 grade.
Vraag 3: Liginterferensie
Twee smal parallelle splete, geskei deur 'n afstand \(d = 0,1\) mm, word verlig deur 'n straal monochromatiese lig met 'n golflengte van \(\lambda = 500\) nm. Die ligstraal produseer 'n interferensiepatroon op 'n skerm 2 m vanaf die splete. Bereken die afstand tussen twee opeenvolgende helder bande op die skerm.
Bespreking:
Gebruik die vergelyking vir die afstand tussen twee opeenvolgende helder bande in 'n tweespleet-interferensiepatroon:
\[ \Delta y = \frac{\lambda L}{d} \]
Gegee:
– Golflengte van lig, \( \lambda = 500 \times 10^{-9} \) meter
– Afstand van spleet na skerm, \( L = 2 \) meter
– Die afstand tussen die twee splete, (d = 0,1 x 10-3) meter
Vervang hierdie waardes:
[Δy = 500 × 10⁻⁹ m × 2 m/0,1 × 10⁻⁹ m]
[Δy = 1000 maal 10^{-9} m/0,1 maal 10^{-3} m]
[Δy = 1000 keer 10⁻⁷/10⁻⁷/4]
\[ \Δy = 10^{-5 + 4} \]
\[ \Δy = 10^{-1} \]
\[ \Δy = 0,01 \teks{ m} \]
So, die afstand tussen twee opeenvolgende helder bande op die skerm is 0,01 meter of 1 cm.
Vraag 4: Diffraksie van Lig
Lig met 'n golflengte van Δ = 600 nm beweeg deur 'n enkele spleet met 'n breedte van Δ = 0,02 mm. Die resulterende diffraksiepatroon word op 'n skerm 3 meter van die spleet af vasgelê. Bereken die breedte van die eerste donker band vanaf die middelpunt van die diffraksiepatroon.
Bespreking:
Gebruik die vergelyking vir die breedte van die eerste donker band (enkelspleet-diffraksiepatroon):
[y = \frac{m \lambda L}{a} \]
Vir die eerste donker band, \(m = 1 \):
[y = \frac{1 \maal 600 \maal 10^{-9} \teks{m} \maal 3 \teks{m}}{0,02 \maal 10^{-3} \teks{m}} \]
Vervanging van waardes:
[y = \frac{600 \times 10^{-9} \tex{m} \times 3 \tex{m}}{0,02 \times 10^{-3} \tex{m}}]
[y = \frac{1800 \times 10^{-9} \tex{m}}{0,02 \times 10^{-3} \tex{m}}]
[y = \frac{1800}{0,02} \times 10^{-6} \tex{m} \]
[y = \frac{1800}{0,02} \times 10^{-6} \tex{m} \]
[y = 90000 × 10⁻⁶ m]
\[ y = 0,09 \teks{ m} \]
So, die breedte van die eerste donker band vanaf die middelpunt van die diffraksiepatroon is 0,09 meter of 9 cm.
Afsluiting
Sigbare lig is die gebied van die elektromagnetiese spektrum wat deur die menslike oog waarneembaar is en is van kritieke belang vir optiese verskynsels soos refraksie, interferensie en diffraksie. Om die basiese konsepte te verstaan en probleme met betrekking tot hierdie verskynsels op te los, is van kritieke belang vir studente en navorsers. In hierdie artikel het ons verskeie voorbeeldprobleme hersien, kompleet met verduidelikings, om ons te help verstaan hoe sigbare lig met 'n medium in wisselwerking tree en verskeie optiese verskynsels produseer. Met 'n beter begrip kan ons verdere toepassings van sigbare lig in wetenskap en tegnologie ondersoek.
