Primjeri pitanja i formula za svjetlosne valove u fizičkoj optici
Karakteristike svjetlosti
1. Svjetlost je elektromagnetni talas, stoga svjetlost….
A. Ne doživljava refleksiju
B. Ne doživljava refrakciju
C. Ne zahtijeva medij za razmnožavanje
D. Ne prenosi energiju pri svom širenju
Diskusija
Svjetlost je talas, stoga se tokom širenja reflektuje, prelama i nosi energiju, baš kao i drugi talasi. Svjetlost je elektromagnetni talas, tako da joj za širenje nije potreban medij.
Tačan odgovor je C.
2. Obratite pažnju na sljedeću izjavu:
1. Svjetlost se kreće pravolinijski
2. Svjetlost je elektromagnetni talas
3. Svjetlost se može apsorbirati
4. Svjetlost nosi električni naboj
Tačna tvrdnja u vezi sa svojstvima svjetlosti je...
A. samo izjava 1
B. izjave 1 i 2
C. izjave 1, 2 i 3
D. sve tvrdnje su tačne
Diskusija
1. Svjetlost se kreće pravolinijski.
Ova tvrdnja je tačna jer iako se svjetlost kreće poput transverzalnog talasa, putanja svjetlosti je prava linija. U temi geometrijske optike (refleksija i refrakcija svjetlosti), svjetlost se prikazuje kao zrak čiji je put kretanja prava linija.
2. Svjetlost je elektromagnetni talas:
Ova tvrdnja je tačna jer je svjetlost elektromagnetski talas, gdje za širenje svjetlosti nije potreban medij.
3. Svjetlost se može apsorbirati:
Ova tvrdnja je tačna. Svjetlost je vrsta elektromagnetnog talasa. Svi talasi, i mehanički i elektromagnetni, nose energiju dok putuju s jedne lokacije na drugu. Stoga, dio svjetlosne energije može biti apsorbiran od strane medija kroz koji prolazi. Na primjer, kada svjetlost putuje prema ravnom ogledalu, većina svjetlosti se reflektuje, ali mali dio apsorbuje ogledalo.
4. Svjetlost nosi električni naboj:
Ova tvrdnja je netačna. Svjetlost je elektromagnetni talas, a elektromagnetni talasi nastaju oscilujućim električnim i magnetnim poljima. Elektromagnetski talasi se emituju ubrzavajućim električnim nabojima.
Tačan odgovor je C.
Savršen odraz
3. Slika desno prikazuje dijamantski nakit koji je veoma skup jer svjetlost koju dijamant reflektuje toliko blista. Ovaj fenomen je uzrokovan…
A. savršeno prelamanje gdje svjetlost ulazi iz manje guste sredine u gušću sredinu
B. savršena refrakcija gdje je ugao upada manji od graničnog ugla
C. savršena refleksija gdje svjetlost dolazi iz manje guste sredine u gušću sredinu
D. savršena refleksija gdje je ugao upada veći od graničnog ugla
Diskusija
Svjetlost dijamanta izgleda kao da svjetluca zbog disperzije svjetlosti i savršene refleksije. Savršena refleksija nastaje kada svjetlost prelazi iz medija s višim indeksom prelamanja u onaj s nižim indeksom prelamanja. Na primjer, svjetlost prelazi iz dijamanta (s višim indeksom prelamanja) u zrak (s nižim indeksom prelamanja). Da biste ovo bolje razumjeli, pogledajte sliku ispod.
Kada se svjetlost kreće iz medija s velikim indeksom prelamanja u medij s malim indeksom prelamanja, svjetlost se savija od normale. Ako je ugao upada (i) veći, tada je i ugao prelamanja (r) veći. Pri određenom uglu upada, ugao prelamanja je 90°. Ugao upada kada je ugao prelamanja 90° naziva se kritični ugao (θk) ili granični ugao. Ako je ugao upada veći od kritičnog ugla ili graničnog ugla, tada se svjetlost ne prelama; sva svjetlost se reflektuje.
Tačan odgovor je D.
4. Pitanja za Nacionalnu naučnu olimpijadu 2011. za niže srednje škole na nivou Regency/City br. 39
Sljedeći fenomen, koji je simptom savršene refleksije, je….
A. duga
B. fatamorgana
C. obojeno jezero
D. astigmatizam
Diskusija
Fatamorgana se naziva fenomenom savršene refleksije jer se u tom procesu nijedna svjetlost koja dolazi iz zraka ne prelama o površinu ceste, već se čini kao da se sva svjetlost reflektira o površinu ceste. Fatamorgane nastaju jer svjetlost putuje kroz slojeve zraka koji imaju različite indekse prelamanja zbog različitih gustoća tih slojeva zraka. U stvarnosti, svjetlost se ne reflektira o površinu ceste, već se prelama (savija) slojevima zraka koji imaju različite indekse prelamanja.
Tačan odgovor je B.
5. Pitanja za Nacionalnu naučnu olimpijadu 2010. za niže srednje škole na nivou Regency/City br. 30
Prizor naftne mrlje na površini asfaltnog puta tokom vrućeg dana je u suštini događaj potpune refleksije jer…
A. Indeks prelamanja gornjih slojeva zraka je veći od indeksa prelamanja donjih slojeva.
B. Indeks prelamanja gornjih slojeva zraka je manji nego donjih slojeva.
C. Kapljice vode reflektuju različite boje pod različitim uglovima refleksije.
D. Kapljice vode prelamaju različite boje pod različitim uglovima prelamanja.
Diskusija
Prizor poput naftne mrlje na asfaltnom putu tokom vrućeg dana je primjer fatamorgane. Fatamorgane nastaju zbog razlike u indeksu prelamanja između sloja zraka u blizini puta i sloja zraka iznad njega.
Tokom vrućeg dana, površina puta zagrijava zrak direktno iznad sebe, čineći sloj zraka direktno iznad površine puta toplijim od sloja zraka dalje uzvodno. Topliji sloj zraka doživljava veće zapreminsko širenje, što ga čini manje gustim (niža gustina). Suprotno tome, sloj zraka s manje vrućine iznad njega doživljava manje zapreminsko širenje, što ga čini gušćim (veća gustina). Dakle, donji sloj zraka je manje gust, dok je gornji sloj zraka gušći.
Budući da je sloj zraka na dnu (bliže površini ceste) manje gust, svjetlost se kreće brže kada prolazi kroz njega, dok je sloj zraka na vrhu gušći pa se svjetlost kreće sporije kada prolazi kroz njega.
Formula za indeks prelamanja je: n = c / v, gdje je n indeks prelamanja, c = brzina svjetlosti u vakuumu = konstanta = 3 x 108 m/s, v = brzina svjetlosti u mediju. Na osnovu ove formule, c je fiksan tako da ako v postane veći, onda n postane manji i obrnuto, ako v opadne, onda n postane veći.
Svjetlost se brže kreće u donjem sloju zraka (veliki v) tako da donji sloj zraka ima manji indeks prelamanja (mali n), dok se svjetlost sporije kreće u gornjem sloju zraka (mali v) tako da gornji sloj zraka ima veći indeks prelamanja (veliki n).
Tačan odgovor je A.
indeks prelamanja
6. Vidljivi svjetlosni snop ima talasnu dužinu od 510 nm u vazduhu. Ako svjetlosni snop uđe u medij sa indeksom prelamanja od 1,5, njegova talasna dužina se mijenja u….
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Diskusija
Poznato je da:
Talasna dužina (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 metar
Indeks prelamanja (n) = 1,5
Pitanje: Talasna dužina (λ) se menja u….
Odgovor:
Talasna dužina (λ) se menja na 340 nanometara.
Tačan odgovor je C.
7. Riba se vidi na morskom dnu bistre vode, dubina vode je 2 metra, indeks prelamanja svjetlosti je 4/3. Ako se riba vidi gotovo okomito na površinu vode, koliko daleko riba izgleda od površine vode?
A. 1 metar od površine bazena
B. 1,5 metara od površine bazena
C. 2 metra od površine bazena
D. 2,67 metara od površine bazena
Diskusija
Poznato je da:
Indeks prelamanja bazena = 4/3
Dubina bazena = 2 metra
Pitanje: Koliko daleko se riba može vidjeti s površine ribnjaka?
Odgovor:
Prividna udaljenost = 1 : n (stvarna udaljenost)
Prividna udaljenost = 1 : 4/3 (2 metra)
Prividna udaljenost = 1 x 3/4 (2 metra)
Prividna udaljenost = 3/4 (2 metra)
Prividna udaljenost = 6/4
Prividna udaljenost = 1,5 metara
Udaljenost ribe vidljive s površine ribnjaka = 1,5 metara
Tačan odgovor je B.
8. Svjetlost se može prenositi u kanalu čiji je indeks prelamanja u odnosu na okolinu….
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Diskusija
Indeks prelamanja vakuuma = 1,0000
Indeks prelamanja medija je veći od indeksa prelamanja vakuuma.
Tačan odgovor je A.
Disperzija svjetlosti
9. Ugao disperzije je ugao između dvije boje monohromatske svjetlosti koji se javlja u slučaju….
A. polarizacija svjetlosti
B. apsorpcija svjetlosti
C. disperzija svjetlosti
D. difrakcija svjetlosti
Diskusija
Monohromatska svjetlost je svjetlost koja ima jednu boju ili talasnu dužinu. Bijela svjetlost, poput sunčeve svjetlosti, je kombinacija svih boja, svaka sa različitom talasnom dužinom ili frekvencijom. Razgradnja bijele svjetlosti na vidljivi spektar (crvena, narandžasta, žuta, zelena, plava, indigo i ljubičasta) naziva se disperzija svjetlosti.
Disperzija svjetlosti može se postići prizmama, kapljicama vode ili drugim objektima. Duge su primjer disperzije svjetlosti u svakodnevnom životu, gdje se sunčeva svjetlost raspršuje kapljicama kiše.
Tačan odgovor je C.
10. Pitanja za Nacionalnu naučnu olimpijadu 2011. za niže srednje škole na nivou Regency/City br. 60
Duga se pojavljuje kao šarena traka oblikovana poput djelomičnog kruga. Ispravan redoslijed četiri dugine boje ispod, od najmanjeg do najvećeg radijusa, je…
A. crvena, narandžasta, žuta, zelena
B. plava, ljubičasta, zelena, žuta
C. zelena, plava, indigo, ljubičasta
D. indigo, plava, zelena, žuta
Diskusija
Redoslijed duginih boja je crvena, narandžasta, žuta, zelena, plava, indigo i ljubičasta.
Crvena svjetlost ima najdužu talasnu dužinu, dok ljubičasta svjetlost ima najkraću. Otklon svake boje svjetlosti zavisi od njene talasne dužine.
Kada kapi kiše raspršuju bijelu sunčevu svjetlost, svjetlost s dužim talasnim dužinama se manje skreće, dok se svjetlost s kraćim talasnim dužinama skreće više. Crvena svjetlost se najmanje skreće jer je njena talasna dužina duža, dok se ljubičasta svjetlost skreće najviše jer je njena talasna dužina kraća, kao što je prikazano na dijagramu ispod. Dakle, oko posmatrača vidi crvenu svjetlost na vrhu, a ljubičastu svjetlost na dnu.
Sve boje duginih boja su djelomično kružnog oblika, gdje se crveni krug svjetlosti nalazi na vrhu pa ima najveći radijus, dok se ljubičasti krug svjetlosti nalazi na dnu pa ima najmanji radijus.
Redoslijed svijetlih boja od najvećeg do najmanjeg radijusa je crvena, narandžasta, žuta, zelena, plava, indigo, ljubičasta.
Tačan odgovor je D.
11. Svijetle boje sloja ulja na površini vode nastaju zbog događaja...
A. interferencija
B. polarizacija
C. dispersi
D. difrakcija
Diskusija
Tačan odgovor je C.
