Voorbeelde van vrae en formules vir liggolwe in fisiese optika
Eienskappe van lig
1. Lig is 'n elektromagnetiese golf, daarom lig….
A. Ervaar nie refleksie nie
B. Ondervind nie refraksie nie
C. Benodig nie 'n voortplantingsmedium nie
D. Dra nie energie in sy voortplanting nie
Bespreking
Lig is 'n golf, daarom ondergaan dit weerkaatsing, breking en dra energie tydens sy voortplanting, net soos ander golwe. Lig is 'n elektromagnetiese golf, dus benodig dit nie 'n medium vir voortplanting nie.
Die korrekte antwoord is C.
2. Gee aandag aan die volgende stelling:
1. Lig beweeg in 'n reguit lyn
2. Lig is 'n elektromagnetiese golf
3. Lig kan geabsorbeer word
4. Lig dra 'n elektriese lading
Die korrekte stelling rakende die eienskappe van lig is...
A. slegs stelling 1
B. stellings 1 en 2
C. stellings 1, 2 en 3
D. alle stellings is waar
Bespreking
1. Lig beweeg in 'n reguit lyn.
Hierdie stelling is waar, want hoewel lig soos 'n transversale golf beweeg, is die pad van lig 'n reguit lyn. In die onderwerp van geometriese optika (weerkaatsing en breking van lig) word lig uitgebeeld as 'n straal waarvan die bewegingspad 'n reguit lyn is.
2. Lig is 'n elektromagnetiese golf:
Hierdie stelling is waar omdat lig 'n elektromagnetiese golf is, waar die voortplanting van lig nie 'n medium benodig nie.
3. Lig kan geabsorbeer word:
Hierdie stelling is waar. Lig is 'n tipe elektromagnetiese golf. Alle golwe, beide meganies en elektromagneties, dra energie soos hulle van een plek na 'n ander beweeg. Daarom kan van die lig se energie geabsorbeer word deur die medium waardeur dit beweeg. Byvoorbeeld, wanneer lig na 'n plat spieël beweeg, word die meeste van die lig gereflekteer, maar 'n klein gedeelte word deur die spieël geabsorbeer.
4. Lig dra 'n elektriese lading:
Hierdie stelling is vals. Lig is 'n elektromagnetiese golf, en elektromagnetiese golwe word geproduseer deur ossillerende elektriese en magnetiese velde. Elektromagnetiese golwe word uitgestraal deur versnelde elektriese ladings.
Die korrekte antwoord is C.
Perfekte weerkaatsing
3. Die prentjie regs wys 'n diamantjuweliersware-steen wat baie duur is omdat die lig wat deur die diamant weerkaats word so sprankelend is. Hierdie verskynsel word veroorsaak deur…
A. perfekte refraksie waar lig van 'n minder digte medium na 'n digter medium binnedring
B. perfekte refraksie waar die invalshoek kleiner is as die randhoek
C. perfekte weerkaatsing waar lig van 'n minder digte medium na 'n digter medium kom
D. perfekte weerkaatsing waar die invalshoek groter is as die randhoek
Bespreking
Die lig van 'n diamant lyk asof dit skitter as gevolg van ligverspreiding en perfekte weerkaatsing. Perfekte weerkaatsing vind plaas wanneer lig van 'n medium met 'n hoër brekingsindeks na een met 'n laer brekingsindeks beweeg. Lig beweeg byvoorbeeld van 'n diamant (met 'n hoër brekingsindeks) na lug (met 'n laer brekingsindeks). Om dit verder te verstaan, ondersoek die onderstaande beeld.
Wanneer lig van 'n medium met 'n groot brekingsindeks na 'n medium met 'n klein brekingsindeks beweeg, word die lig weg van die normaal gebuig. As die invalshoek (i) groter is, dan is die brekingshoek (r) groter. By 'n sekere invalshoek is die brekingshoek 90°. Die invalshoek wanneer die brekingshoek 90° is, word die kritieke hoek (θk) of limiethoek genoem. As die invalshoek groter is as die kritieke hoek of limiethoek, word geen lig gebreek nie; alle lig word weerkaats.
Die korrekte antwoord is D.
4. 2011 Nasionale Wetenskap Olimpiade Vrae vir Junior Hoërskole op Regency/Stadsvlak Nr. 39
Die volgende verskynsel, wat 'n simptoom van perfekte weerkaatsing is, is….
A. reënboog
B. lugspieëling
C. gekleurde meer
D. astigmatisme
Bespreking
'n Lugbeeld word 'n perfekte weerkaatsingsverskynsel genoem, want in hierdie proses word geen lig wat uit die lug kom deur die padoppervlak gebreek nie, maar dit lyk asof al die lig deur die padoppervlak gereflekteer word. Lugbeelde vind plaas omdat lig deur lae lug beweeg wat verskillende brekingsindekse het as gevolg van die verskillende digthede van hierdie lae lug. In werklikheid word lig nie deur die padoppervlak gereflekteer nie, maar word dit gebreek (gebuig) deur lae lug wat verskillende brekingsindekse het.
Die korrekte antwoord is B.
5. 2010 Nasionale Wetenskap Olimpiade Vrae vir Junior Hoërskole op Regency/Stadsvlak Nr. 30
Die gesig van 'n oliekol op die oppervlak van 'n asfaltpad op 'n warm dag is in wese 'n totale weerkaatsingsgebeurtenis omdat….
A. Die brekingsindeks van die boonste lae van die lug is groter as dié van die onderste lae.
B. Die brekingsindeks van die boonste lae van die lug is kleiner as die onderste lae.
C. Waterdruppels weerkaats verskillende kleure teen verskillende weerkaatsingshoeke.
D. Waterdruppels breek verskillende kleure teen verskillende brekingshoeke.
Bespreking
'n Toneel soos 'n olievlek op 'n asfaltpad op 'n warm dag is 'n voorbeeld van 'n lugspieëling. Lugspieëlings vind plaas as gevolg van die verskil in brekingsindeks tussen die luglaag naby die pad en die luglaag daarbo.
Op 'n warm dag verhit die padoppervlak die lug direk bokant dit, wat die luglaag direk bokant die padoppervlak warmer maak as die luglaag verder stroomop. Die warmer luglaag ervaar groter volume-uitsetting, wat dit minder dig maak (laer digtheid). Omgekeerd ervaar die minder warm luglaag daarbo minder volume-uitsetting, wat dit digter maak (hoër digtheid). Dus is die onderste luglaag minder dig, terwyl die boonste luglaag digter is.
Omdat die luglaag onder (nader aan die padoppervlak) minder dig is, beweeg lig vinniger wanneer dit daardeur beweeg, terwyl die luglaag bo digter is, so lig beweeg stadiger wanneer dit daardeur beweeg.
Die formule vir die brekingsindeks is: n = c / v, waar n die brekingsindeks is, c = spoed van lig in 'n vakuum = konstant = 3 x 108 m/s, v = spoed van lig in die medium. Gebaseer op hierdie formule, is c vasgestel sodat as v groter word, n kleiner word en andersom, as v afneem, n groter word.
Lig beweeg vinniger in die onderste luglaag (groot v) sodat die onderste luglaag 'n kleiner brekingsindeks (klein n) het, terwyl lig stadiger in die boonste luglaag (klein v) beweeg sodat die boonste luglaag 'n groter brekingsindeks (groot n) het.
Die korrekte antwoord is A.
brekingsindeks
6. 'n Sigbare ligstraal het 'n golflengte van 510 nm in lug. As die ligstraal 'n medium met 'n brekingsindeks van 1,5 binnedring, verander die golflengte daarvan na….
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Bespreking
Dit is bekend dat:
Golflengte (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 meter
Brekingsindeks (n) = 1,5
Vraag: Die golflengte (λ) verander na….
Antwoord:
Die golflengte (λ) verander na 340 nanometer.
Die korrekte antwoord is C.
7. 'n Vis word op die seebodem van 'n helder poel gesien, die diepte van die poel is 2 meter, die brekingsindeks van die poel is 4/3. As die vis amper loodreg op die oppervlak van die poel gesien word, hoe ver verskyn die vis van die oppervlak van die poel af?
A. 1 meter vanaf die oppervlak van die swembad
B. 1,5 meter vanaf die oppervlak van die swembad
C. 2 meter vanaf die oppervlak van die swembad
D. 2,67 meter vanaf die oppervlak van die swembad
Bespreking
Dit is bekend dat:
Brekingsindeks van die swembad = 4/3
Swembaddiepte = 2 meter
Vraag: Hoe ver kan die vis vanaf die oppervlak van die dam gesien word?
Antwoord:
Skynbare afstand = 1 : n (werklike afstand)
Skynbare afstand = 1 : 4/3 (2 meter)
Skynbare afstand = 1 x 3/4 (2 meter)
Skynbare afstand = 3/4 (2 meter)
Skynbare afstand = 6/4
Skynbare afstand = 1,5 meter
Die afstand van die vis sigbaar vanaf die oppervlak van die dam = 1,5 meter
Die korrekte antwoord is B.
8. Lig kan deurgegee word in 'n kanaal waarvan die brekingsindeks relatief tot die omgewing is….
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Bespreking
Brekingsindeks van vakuum = 1,0000
Die brekingsindeks van 'n medium is groter as die brekingsindeks van 'n vakuum.
Die korrekte antwoord is A.
Verspreiding van lig
9. Die dispersiehoek is die hoek tussen twee kleure monochromatiese lig wat voorkom in die geval van….
A. polarisasie van lig
B. ligabsorpsie
C. verspreiding van lig
D. diffraksie van lig
Bespreking
Monochromatiese lig is lig wat 'n enkele kleur of golflengte het. Wit lig, soos sonlig, is 'n kombinasie van alle kleure, elk met 'n ander golflengte of frekwensie. Die afbreek van wit lig in die sigbare spektrum (rooi, oranje, geel, groen, blou, indigo en violet) word ligdispersie genoem.
Ligverspreiding kan bereik word deur prismas, waterdruppels of ander voorwerpe. Reënboë is 'n voorbeeld van ligverspreiding in die alledaagse lewe, waar sonlig deur reëndruppels versprei word.
Die korrekte antwoord is C.
10. 2011 Nasionale Wetenskap Olimpiade Vrae vir Junior Hoërskole op Regency/Stadsvlak Nr. 60
'n Reënboog verskyn as 'n kleurvolle lint gevorm soos 'n gedeeltelike sirkel. Die korrekte volgorde van die vier reënboogkleure hieronder, van kleinste tot grootste radius, is...
A. rooi, oranje, geel, groen
B. blou, pers, groen, geel
C. groen, blou, indigo, violet
D. indigo, blou, groen, geel
Bespreking
Die volgorde van die reënboogkleure is rooi, oranje, geel, groen, blou, indigo en pers.
Rooi lig het die langste golflengte, terwyl violet lig die kortste het. Die afbuiging van elke kleur lig hang af van sy golflengte.
Wanneer wit sonlig deur reëndruppels versprei word, word lig met langer golflengtes minder afgebuig, terwyl lig met korter golflengtes meer afgebuig word. Rooi lig word die minste afgebuig omdat die golflengte daarvan langer is, terwyl violet lig die meeste afgebuig word omdat die golflengte daarvan korter is, soos in die diagram hieronder getoon. Dus sien die waarnemer se oog die rooi lig bo en die violet lig onder.
Alle kleure van reënbooglig is gedeeltelik sirkelvormig, waar die rooi sirkel van lig bo is, so dit het die grootste radius, terwyl die pers sirkel van lig onder is, so dit het die kleinste radius.
Die volgorde van ligkleure van die grootste radius tot die kleinste radius is rooi, oranje, geel, groen, blou, indigo, pers.
Die korrekte antwoord is D.
11. Die ligte kleure van die olielaag op die oppervlak van die water ontstaan as gevolg van die gebeurtenis...
A. interferensie
B. polarisasie
C. dispersi
D. diffraksie
Bespreking
Die korrekte antwoord is C.
