Exemplos de preguntas sobre a discusión sobre a luz visible
Pendahuluan
A luz visible é a porción do espectro electromagnético visible para o ollo humano. O rango de lonxitudes de onda da luz visible é de aproximadamente 380 a 740 nanómetros. Esta luz consta de varias cores que se poden separar mediante refracción ou difracción. Este fenómeno estúdase a miúdo en física, especialmente no capítulo sobre óptica.
A luz é unha forma de enerxía esencial para a vida cotiá e un tema clave en varios problemas de física. Neste artigo, analizaremos varios exemplos de problemas relacionados coa luz visible e como resolvelos.
Exemplos de preguntas e debate
Pregunta 1: Espectro de luz branca
Un prisma de vidro úsase para separar un feixe de luz branca nas súas cores compoñentes. Enumera o espectro de cores resultante da refracción da luz branca a través do prisma, desde a lonxitude de onda máis curta ata a máis longa.
Debate:
A luz branca está composta de diferentes cores con diferentes lonxitudes de onda. Cando a luz branca pasa a través dun prisma, cada compoñente da cor desvíase nun ángulo diferente dependendo da súa lonxitude de onda. A orde das cores da lonxitude de onda máis curta á máis longa é:
1. Morado
2. Azul
3. Verde
4. Amarelo
5. Laranxa
6. Vermello
O púrpura ten a lonxitude de onda máis curta (~380 nm) e é o que máis se desvía, mentres que o vermello ten a lonxitude de onda máis longa (~700 nm) e é o que menos se desvía.
Pregunta 2: Índice de refracción
Unha luz monocromática cunha lonxitude de onda de 600 nm está nun medio auga cun índice de refracción de ∫(n). A luz entra nun segundo medio, concretamente vidro cun índice de refracción de 1,5. Calcula o ángulo de refracción se o ángulo de incidencia na auga é de 30 graos. O índice de refracción da auga é de 1,33.
Debate:
Usa a lei de Snell, que afirma que:
n_1 sen θ1 = n_2 sen θ2
Dado:
– Índice de refracción da auga, \(n_1 = 1,33 \)
– Índice de refracción do vidro, \(n_2 = 1,5 \)
– Ángulo de incidencia na auga, θ1 = 30°
Entón:
\[ 1,33 \sin 30^\circ = 1,5 \sin \theta_2 \]
Dado que \(\sin 30^\circ = 0,5\), substituímos na ecuación:
[1,33 × 0,5 = 1,5 sen θ2]
0,665 = 1,5 sen θ²
\[ \sin θ2 = \frac{0,665}{1,5} \]
sen θ2 = 0,4433
Atopa o ángulo de refracción θ²
\[ θ2 = \sin^{-1}(0,4433) \circ 26,4^\circ \]
Entón, o ángulo de refracción no vidro θ2 é duns 26,4 graos.
Pregunta 3: Interferencia da luz
Dúas fendas paralelas estreitas, separadas por unha distancia \(d = 0,1\) mm, son iluminadas por un feixe de luz monocromática cunha lonxitude de onda de \(\lambda = 500\) nm. O feixe de luz produce un patrón de interferencia nunha pantalla a 2 m das fendas. Calcula a distancia entre dúas bandas brillantes consecutivas na pantalla.
Debate:
Usa a ecuación para a distancia entre dúas bandas brillantes consecutivas nun patrón de interferencia de dúas fendas:
\[ \Delta y = \frac{\lambda L}{d} \]
Dado:
– Lonxitude de onda da luz, (λ = 500 × 10⁻⁹ metros)
– Distancia da fenda á pantalla, (L = 2) metros
– A distancia entre as dúas fendas, \( d = 0,1 \times 10^{-3} \) metros
Substitúe estes valores:
Δy = (500 × 10-9) m × 2 m/0,1 × 10-3 m)
Δy = (1000 × 10-9) m/0,1 × 10-3 m)
\[ Δy = \frac{1000 \times 10^{-9}}{10^{-4}} \]
\[ Δy = 10^{-5 + 4} \]
\[ Δy = 10^{-1} \]
\[ \Delta y = 0,01 \text{ m} \]
Entón, a distancia entre dúas bandas brillantes consecutivas na pantalla é de 0,01 metros ou 1 cm.
Pregunta 4: Difracción da luz
Unha luz cunha lonxitude de onda de λ = 600 nm pasa a través dunha única fenda cunha anchura de α = 0,02 mm. O patrón de difracción resultante captúrase nunha pantalla a 3 metros da fenda. Calcula a anchura da primeira banda escura desde o centro do patrón de difracción.
Debate:
Usa a ecuación para a anchura da primeira banda escura (patrón de difracción de fenda única):
\[ y = \frac{m λ/a} \]
Para a primeira banda escura, \( m = 1 \):
y = \frac{1 × 600 × 10^{-9} \text{ m} \text{ m}}{0,02 × 10^{-3} \text{ m}} \]
Substitución de valores:
y = \frac{600 \times 10^{-9} \text{ m} \text{3} \text{m}}{0,02 \times 10^{-3} \text{m}} \]
y = \frac{1800 \times 10^{-9} \text{ m}}{0,02 \times 10^{-3} \text{ m}} \]
\[ y = \frac{1800}{0,02} \times 10^{-6} \text{ m} \]
\[ y = \frac{1800}{0,02} \times 10^{-6} \text{ m} \]
\[ y = 90000 \times 10^{-6} \text{ m} \]
\[ y = 0,09 \text{ m} \]
Entón, a anchura da primeira banda escura desde o centro do patrón de difracción é de 0,09 metros ou 9 cm.
Conclusión
A luz visible é a rexión do espectro electromagnético observable polo ollo humano e é crucial para fenómenos ópticos como a refracción, a interferencia e a difracción. Comprender os conceptos básicos e ser capaz de resolver problemas relacionados con estes fenómenos é crucial para estudantes e investigadores. Neste artigo, revisamos varios problemas de exemplo, con explicacións incluídas, para axudarnos a comprender como a luz visible interactúa cun medio e produce varios fenómenos ópticos. Cunha mellor comprensión, podemos explorar máis aplicacións da luz visible na ciencia e a tecnoloxía.
