Primjeri pitanja i formula za svjetlosne valove u fizičkoj optici
Karakteristike svjetlosti
1. Svjetlost je elektromagnetski val, stoga svjetlost….
A. Ne doživljava refleksiju
B. Ne doživljava refrakciju
C. Ne zahtijeva medij za razmnožavanje
D. Ne nosi energiju pri svom širenju
Rasprava
Svjetlost je val, stoga se tijekom širenja reflektira, lomi i nosi energiju, baš kao i drugi valovi. Svjetlost je elektromagnetski val, stoga joj za širenje nije potreban medij.
Točan odgovor je C.
2. Obratite pozornost na sljedeću izjavu:
1. Svjetlost se kreće pravolinijski
2. Svjetlost je elektromagnetski val
3. Svjetlost se može apsorbirati
4. Svjetlost nosi električni naboj
Točna tvrdnja o svojstvima svjetlosti je...
A. samo izjava 1
B. tvrdnje 1 i 2
C. tvrdnje 1, 2 i 3
D. sve tvrdnje su istinite
Rasprava
1. Svjetlost se kreće pravolinijski.
Ova tvrdnja je istinita jer iako se svjetlost kreće poput transverzalnog vala, put svjetlosti je pravac. U temi geometrijske optike (refleksija i lom svjetlosti), svjetlost se prikazuje kao zraka čiji je put gibanja pravac.
2. Svjetlost je elektromagnetski val:
Ova tvrdnja je istinita jer je svjetlost elektromagnetski val, gdje za širenje svjetlosti nije potreban medij.
3. Svjetlost se može apsorbirati:
Ova je tvrdnja točna. Svjetlost je vrsta elektromagnetskog vala. Svi valovi, i mehanički i elektromagnetski, nose energiju dok putuju s jednog mjesta na drugo. Stoga, dio svjetlosne energije može apsorbirati medij kroz koji prolazi. Na primjer, kada svjetlost putuje prema ravnom zrcalu, većina svjetlosti se reflektira, ali mali dio apsorbira zrcalo.
4. Svjetlost nosi električni naboj:
Ova tvrdnja je netočna. Svjetlost je elektromagnetski val, a elektromagnetski valovi nastaju oscilirajućim električnim i magnetskim poljima. Elektromagnetske valove emitiraju ubrzavajući električni naboji.
Točan odgovor je C.
Savršen odraz
3. Slika desno prikazuje dijamantni kamen za nakit koji je vrlo skup jer svjetlost koju dijamant reflektira toliko blista. Ovaj fenomen uzrokuje…
A. savršeno lomljenje gdje svjetlost ulazi iz manje gustog medija u gušći medij
B. savršena refrakcija gdje je kut upada manji od graničnog kuta
C. savršena refleksija gdje svjetlost dolazi iz manje gustog medija u gušći medij
D. savršena refleksija gdje je kut upada veći od graničnog kuta
Rasprava
Svjetlost dijamanta izgleda kao da svjetluca zbog disperzije svjetlosti i savršenog odbijanja. Savršeno odbijanje nastaje kada svjetlost prelazi iz medija s višim indeksom loma u medij s nižim indeksom loma. Na primjer, svjetlost prelazi iz dijamanta (s višim indeksom loma) u zrak (s nižim indeksom loma). Da biste to bolje razumjeli, pogledajte sliku ispod.
Kada se svjetlost kreće iz medija s velikim indeksom loma u medij s malim indeksom loma, svjetlost se lomi od normale. Ako je kut upada (i) veći, tada je i kut loma (r) veći. Pri određenom kutu upada, kut loma je 90°. Kut upada kada je kut loma 90° naziva se kritični kut (θk) ili granični kut. Ako je kut upada veći od kritičnog kuta ili graničnog kuta, tada se svjetlost ne lomi; sva svjetlost se reflektira.
Točan odgovor je D.
4. Pitanja za Nacionalnu znanstvenu olimpijadu 2011. za niže srednje škole na razini Regency/City br. 39
Sljedeći fenomen, koji je simptom savršene refleksije, jest…
A. duga
B. fatamorgana
C. obojeno jezero
D. astigmatizam
Rasprava
Fatamorgana se naziva fenomenom savršene refleksije jer se u tom procesu nijedna svjetlost koja dolazi iz zraka ne lomi od površine ceste, već se čini kao da se sva svjetlost reflektira od površine ceste. Fatamorgane nastaju jer svjetlost putuje kroz slojeve zraka koji imaju različite indekse loma zbog različitih gustoća tih slojeva zraka. U stvarnosti, svjetlost se ne reflektira od površine ceste, već se lomi (savija) slojevima zraka koji imaju različite indekse loma.
Točan odgovor je B.
5. Pitanja za Nacionalnu znanstvenu olimpijadu 2010. za niže srednje škole na razini Regency/City br. 30
Prizor naftne mrlje na površini asfaltne ceste za vrućeg dana u biti je događaj potpune refleksije jer…
A. Indeks loma gornjih slojeva zraka veći je od indeksa loma donjih slojeva.
B. Indeks loma gornjih slojeva zraka je manji od donjih slojeva.
C. Kapljice vode reflektiraju različite boje pod različitim kutovima refleksije.
D. Kapljice vode lome različite boje pod različitim kutovima loma.
Rasprava
Prizor poput uljne mrlje na asfaltnoj cesti za vrućeg dana primjer je fatamorgane. Fatamorgane nastaju zbog razlike u indeksu loma između sloja zraka u blizini ceste i sloja zraka iznad nje.
Za vrućeg dana, površina ceste zagrijava zrak neposredno iznad nje, čineći sloj zraka neposredno iznad površine ceste toplijim od sloja zraka dalje uzvodno. Topliji sloj zraka doživljava veće volumensko širenje, što ga čini manje gustim (niža gustoća). Suprotno tome, sloj zraka s manje vrućine iznad njega doživljava manje volumensko širenje, što ga čini gušćim (veća gustoća). 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 loma je: n = c / v, gdje je n indeks loma, c = brzina svjetlosti u vakuumu = konstanta = 3 x 108 m/s, v = brzina svjetlosti u mediju. Na temelju ove formule, c je fiksan tako da ako v postane veći, n se smanji i obrnuto, ako v se smanji, n se poveća.
Svjetlost se brže kreće u donjem sloju zraka (veliki v) tako da donji sloj zraka ima manji indeks loma (mali n), dok se svjetlost sporije kreće u gornjem sloju zraka (mali v) tako da gornji sloj zraka ima veći indeks loma (veliki n).
Točan odgovor je A.
indeks loma
6. Vidljiva svjetlosna zraka ima valnu duljinu od 510 nm u zraku. Ako svjetlosna zraka uđe u medij s indeksom loma 1,5, njezina valna duljina se mijenja u….
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Rasprava
Poznato je da:
Valna duljina (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 metar
Indeks loma (n) = 1,5
Pitanje: Valna duljina (λ) se mijenja u….
Odgovor:
Valna duljina (λ) mijenja se na 340 nanometara.
Točan odgovor je C.
7. Na morskom dnu bistre lokve vidi se riba, dubina lokve je 2 metra, indeks loma lokve je 4/3. Ako se riba vidi gotovo okomito na površinu lokve, koliko je riba udaljena od površine lokve?
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
Rasprava
Poznato je da:
Indeks loma 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
Točan odgovor je B.
8. Svjetlost se može prenositi u kanalu čiji je indeks loma u odnosu na okolinu….
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Rasprava
Indeks loma vakuuma = 1,0000
Indeks loma medija je veći od indeksa loma vakuuma.
Točan odgovor je A.
Disperzija svjetlosti
9. Kut disperzije je kut između dvije boje monokromatske svjetlosti koji nastaje u slučaju….
A. polarizacija svjetlosti
B. apsorpcija svjetlosti
C. disperzija svjetlosti
D. difrakcija svjetlosti
Rasprava
Monokromatska svjetlost je svjetlost koja ima jednu boju ili valnu duljinu. Bijela svjetlost, poput sunčeve svjetlosti, kombinacija je svih boja, svaka s različitom valnom duljinom ili frekvencijom. Razgradnja bijele svjetlosti na vidljivi spektar (crvena, narančasta, žuta, zelena, plava, indigo i ljubičasta) naziva se disperzija svjetlosti.
Disperzija svjetlosti može se postići prizmama, kapljicama vode ili drugim predmetima. Duge su primjer disperzije svjetlosti u svakodnevnom životu, gdje se sunčeva svjetlost raspršuje kapljicama kiše.
Točan odgovor je C.
10. Pitanja za Nacionalnu znanstvenu olimpijadu 2011. za niže srednje škole na razini Regency/City br. 60
Duga se pojavljuje kao šarena vrpca oblikovana poput djelomičnog kruga. Ispravan redoslijed četiri dugine boje u nastavku, od najmanjeg do najvećeg radijusa, je…
A. crvena, narančasta, žuta, zelena
B. plava, ljubičasta, zelena, žuta
C. zelena, plava, indigo, ljubičasta
D. indigo, plava, zelena, žuta
Rasprava
Redoslijed duginih boja je crvena, narančasta, žuta, zelena, plava, indigo i ljubičasta.
Crvena svjetlost ima najdužu valnu duljinu, dok ljubičasta svjetlost ima najkraću. Otklon svake boje svjetlosti ovisi o njezinoj valnoj duljini.
Kada se bijela sunčeva svjetlost raspršuje kapljicama kiše, svjetlost s duljim valnim duljinama se manje skreće, dok se svjetlost s kraćim valnim duljinama skreće više. Crvena svjetlost se najmanje skreće jer joj je valna duljina dulja, dok se ljubičasta svjetlost skreće najviše jer joj je valna duljina kraća, kao što je prikazano na donjem dijagramu. Dakle, oko promatrača vidi crveno svjetlo na vrhu, a ljubičasto svjetlo na dnu.
Sve boje duginog svjetla 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, narančasta, žuta, zelena, plava, indigo, ljubičasta.
Točan odgovor je D.
11. Svijetle boje sloja ulja na površini vode nastaju zbog događaja...
A. interferencija
B. polarizacija
C. dispersi
D. difrakcija
Rasprava
Točan odgovor je C.
