Primjeri pitanja o diskusiji o vidljivoj svjetlosti
Pendahuluan
Vidljiva svjetlost je dio elektromagnetnog spektra vidljiv ljudskom oku. Raspon valnih dužina vidljive svjetlosti je približno od 380 do 740 nanometara. Ova svjetlost se sastoji od različitih boja koje se mogu razdvojiti refrakcijom ili difrakcijom. Ovaj fenomen se često proučava u fizici, posebno u poglavlju o optici.
Svjetlost je oblik energije neophodan za svakodnevni život i ključna tema u raznim fizičkim problemima. U ovom članku ćemo razmotriti nekoliko primjera problema i kako ih riješiti u vezi s vidljivom svjetlošću.
Primjeri pitanja i diskusija
Pitanje 1: Spektar bijele svjetlosti
Staklena prizma se koristi za razdvajanje snopa bijele svjetlosti na njegove sastavne boje. Navedite spektar boja koji nastaje prelamanjem bijele svjetlosti kroz prizmu, od najkraće do najduže talasne dužine.
Diskusija:
Bijela svjetlost se sastoji od različitih boja s različitim talasnim dužinama. Kada se bijela svjetlost propusti kroz prizmu, svaka komponenta boje se savija pod različitim uglom, ovisno o njenoj talasnoj dužini. Redoslijed boja od najkraće do najduže talasne dužine je:
1. Ljubičasta
2. Plava
3. Zelena
4. Žuta
5. Narandžasta
6. Crvena
Ljubičasta ima najkraću talasnu dužinu (~380 nm) i najviše se skreće, dok crvena ima najdužu talasnu dužinu (~700 nm) i najmanje se skreće.
Pitanje 2: Indeks prelamanja
Monohromatska svjetlost talasne dužine 600 nm nalazi se u mediju vode sa indeksom prelamanja od \(n\). Svjetlost ulazi u drugi medij, naime staklo sa indeksom prelamanja od 1,5. Izračunajte ugao prelamanja ako je ugao upada u vodi 30 stepeni. Indeks prelamanja vode je 1,33.
Diskusija:
Koristite Snell-ov zakon, koji kaže da:
\[n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin \theta_2 \]
Dato:
– Indeks prelamanja vode, \( n_1 = 1,33 \)
– Indeks prelamanja stakla, \( n_2 = 1,5 \)
– Ugao upada u vodi, \( \theta_1 = 30^\circ \)
Dakle:
\[ 1,33 \sin 30^\circ = 1,5 \sin \theta_2 \]
Pošto je \(\sin 30^\circ = 0,5\), zamijenimo u jednačinu:
\[1,33 puta 0,5 = 1,5 \sin \theta_2 \]
\[0,665 = 1,5 \sin \theta_2 \]
\[ \sin \theta_2 = \frac{0,665}{1,5} \]
\[ \sin \theta_2 = 0,4433 \]
Pronađite ugao prelamanja \( \theta_2 \):
\theta_2 = \sin^{-1}(0,4433) \približno 26,4^\circ \]
Dakle, ugao prelamanja u staklu \( theta_2 \) je oko 26,4 stepena.
Pitanje 3: Interferencija svjetlosti
Dva uska paralelna proreza, odvojena rastojanjem (d = 0,1) mm, osvijetljena su snopom monohromatske svjetlosti talasne dužine (λ = 500) nm. Svjetlosni snop stvara interferencijski uzorak na ekranu udaljenom 2 m od proreza. Izračunajte udaljenost između dvije uzastopne svijetle trake na ekranu.
Diskusija:
Koristite jednačinu za udaljenost između dvije uzastopne svijetle trake u interferencijskom uzorku s dva proreza:
\[ \Delta y = \frac{\lambda L}{d} \]
Dato:
– Talasna dužina svetlosti, \( \lambda = 500 \puta 10^{-9} \) metara
– Udaljenost od proreza do ekrana, \( L = 2 \) metara
– Udaljenost između dva proreza, \( d = 0,1 \puta 10^{-3} \) metara
Zamijenite ove vrijednosti:
\[ \Delta y = \frac{500 \puts 10^{-9} \text{ m} \puts 2 \text{ m}}{0,1 \puts 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ \Delta y = \frac{1000 \puta 10^{-9} \text{ m}}{0,1 \puta 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ \Delta y = \frac{1000 \puta 10^{-9}}{10^{-4}} \]
\[ \Delta y = 10^{-5 + 4} \]
\[ \Delta y = 10^{-1} \]
\[ \Delta y = 0,01 \text{ m} \]
Dakle, udaljenost između dvije uzastopne svijetle trake na ekranu je 0,01 metara ili 1 cm.
Pitanje 4: Difrakcija svjetlosti
Svjetlost talasne dužine (λ = 600 nm) prolazi kroz jedan prorez širine (a = 0,02 mm). Rezultirajući difrakcijski uzorak se snima na ekranu udaljenom 3 metra od proreza. Izračunajte širinu prve tamne trake od centra difrakcijskog uzorka.
Diskusija:
Koristite jednačinu za širinu prve tamne trake (difrakcijski uzorak jednog proreza):
\[y = \frac{m \lambda L}{a} \]
Za prvu tamnu traku, \( m = 1 \):
\[ y = \frac{1 \puts 600 \puts 10^{-9} \text{ m} \puts 3 \text{ m}}{0,02 \puts 10^{-3} \text{ m}} \]
Zamjena vrijednosti:
\[ y = \frac{600 \puta 10^{-9} \text{ m} \puta 3 \text{ m}}{0,02 \puta 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ y = \frac{1800 \puta 10^{-9} \text{ m}}{0,02 \puta 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ y = \frac{1800}{0,02} \puta 10^{-6} \text{ m} \]
\[ y = \frac{1800}{0,02} \puta 10^{-6} \text{ m} \]
\[y = 90000 \puta 10^{-6} \text{ m} \]
\[ y = 0,09 \text{ m} \]
Dakle, širina prve tamne trake od središta difrakcijskog uzorka je 0,09 metara ili 9 cm.
Zaključak
Vidljiva svjetlost je područje elektromagnetnog spektra koje ljudsko oko može vidjeti i ključno je za optičke fenomene poput refrakcije, interferencije i difrakcije. Razumijevanje osnovnih koncepata i sposobnost rješavanja problema koji uključuju ove fenomene ključno je za studente i istraživače. U ovom članku smo pregledali nekoliko primjera problema, zajedno s objašnjenjima, kako bismo razumjeli kako vidljiva svjetlost interaguje s medijem i proizvodi različite optičke fenomene. S boljim razumijevanjem, možemo istražiti daljnje primjene vidljive svjetlosti u nauci i tehnologiji.
