ფიზიკური ოპტიკის სინათლის ტალღის ფორმულა

ფიზიკურ ოპტიკაში სინათლის ტალღების კითხვებისა და ფორმულების მაგალითები

სინათლის მახასიათებლები

1. სინათლე ელექტრომაგნიტური ტალღაა, შესაბამისად, სინათლე…

ა. არ განიცდის რეფლექსიას
ბ. არ განიცდის რეფრაქციას
გ. არ საჭიროებს გამრავლების საშუალებას
დ. გავრცელებისას ენერგიას არ ატარებს

დისკუსია
სინათლე ტალღაა, შესაბამისად, ის განიცდის არეკვლას, გარდატეხას და გავრცელების დროს ენერგიას ატარებს, ისევე როგორც სხვა ტალღები. სინათლე ელექტრომაგნიტური ტალღაა, ამიტომ მისი გავრცელებისთვის გარემო არ საჭიროებს.
სწორი პასუხია C.

2. ყურადღება მიაქციეთ შემდეგ განცხადებას:
1. სინათლე მოძრაობს სწორი ხაზით
2. სინათლე ელექტრომაგნიტური ტალღაა
3. სინათლის შთანთქმა შესაძლებელია
4. სინათლე ატარებს ელექტრულ მუხტს
სინათლის თვისებებთან დაკავშირებით სწორი განცხადებაა...

ა. მხოლოდ განცხადება 1
B. განცხადებები 1 და 2
გ. დებულებები 1, 2 და 3
დ. ყველა განცხადება მართალია

დისკუსია
1. სინათლე მოძრაობს წრფივად.
ეს დებულება მართალია, რადგან მიუხედავად იმისა, რომ სინათლე განივი ტალღის მსგავსად მოძრაობს, სინათლის გზა სწორი ხაზია. გეომეტრიული ოპტიკის (სინათლის არეკვლა და გარდატეხა) თემაში სინათლე გამოსახულია, როგორც სხივი, რომლის მოძრაობის გზა სწორი ხაზია.
2. სინათლე ელექტრომაგნიტური ტალღაა:
ეს დებულება მართალია, რადგან სინათლე ელექტრომაგნიტური ტალღაა, რომლის გავრცელებასაც გარემო არ სჭირდება.
3. სინათლის შთანთქმა შესაძლებელია:
ეს დებულება მართალია. სინათლე ელექტრომაგნიტური ტალღის სახეობაა. ყველა ტალღა, როგორც მექანიკური, ასევე ელექტრომაგნიტური, ენერგიას ატარებს ერთი ადგილიდან მეორეზე გადაადგილებისას. ამიტომ, სინათლის ენერგიის ნაწილი შეიძლება შეიწოვოს იმ გარემომ, რომელშიც ის გადის. მაგალითად, როდესაც სინათლე ბრტყელი სარკისკენ მიემართება, სინათლის უმეტესი ნაწილი აირეკლება, მაგრამ მცირე ნაწილი შთანთქავს სარკეს.
4. სინათლე ატარებს ელექტრულ მუხტს:
ეს დებულება მცდარია. სინათლე ელექტრომაგნიტური ტალღაა და ელექტრომაგნიტური ტალღები წარმოიქმნება ელექტრული და მაგნიტური ველების რხევით. ელექტრომაგნიტური ტალღები გამოიყოფა ელექტრული მუხტების აჩქარებით.
სწორი პასუხია C.

იდეალური ანარეკლი

3. მარჯვენა მხარეს მოცემულ სურათზე გამოსახულია ბრილიანტის საიუველირო ქვა, რომელიც ძალიან ძვირია, რადგან ბრილიანტის მიერ არეკლილი სინათლე ძალიან კაშკაშაა. ეს ფენომენი გამოწვეულია…
ა. სრულყოფილი გარდატეხა, როდესაც სინათლე ნაკლებად მკვრივი გარემოდან უფრო მკვრივ გარემოში გადადის
ბ. სრულყოფილი გარდატეხა, სადაც დაცემის კუთხე სასაზღვრო კუთხეზე ნაკლებია
გ. სრულყოფილი არეკვლა, სადაც სინათლე ნაკლებად მკვრივი გარემოდან უფრო მკვრივ გარემოში გადადის
დ. სრულყოფილი არეკვლა, სადაც დაცემის კუთხე სასაზღვრო კუთხეზე მეტია
დისკუსია
ბრილიანტის სინათლე სინათლის გაფანტვისა და სრულყოფილი არეკვლის გამო ბრწყინავს. სრულყოფილი არეკვლა ხდება მაშინ, როდესაც სინათლე გადადის უფრო მაღალი გარდატეხის ინდექსის მქონე გარემოდან უფრო დაბალი გარდატეხის ინდექსის მქონე გარემოში. მაგალითად, სინათლე გადადის ბრილიანტიდან (უფრო მაღალი გარდატეხის ინდექსის მქონე) ჰაერში (დაბალი გარდატეხის ინდექსის მქონე). ამის უკეთ გასაგებად, გადახედეთ ქვემოთ მოცემულ სურათს.

როდესაც სინათლე დიდი გარდატეხის ინდექსის მქონე გარემოდან მცირე გარდატეხის ინდექსის მქონე გარემოში გადადის, სინათლე ნორმალურისგან გადაიხრება. თუ შემობრუნების კუთხე (i) მეტია, მაშინ გარდატეხის კუთხე (r) მეტია. შემობრუნების გარკვეული კუთხის დროს გარდატეხის კუთხე 90°-ია. შემობრუნების კუთხეს, როდესაც გარდატეხის კუთხე 90°-ია, კრიტიკული კუთხე (θk) ან ზღვრული კუთხე ეწოდება. თუ შემობრუნების კუთხე კრიტიკულ კუთხეზე ან ზღვრულ კუთხეზე მეტია, მაშინ არცერთი სინათლე არ გარდაიქმნება; მთელი სინათლე აირეკლება.
სწორი პასუხია D.

4. 2011 წლის ეროვნული სამეცნიერო ოლიმპიადის კითხვები რეგენტობის/ქალაქის დონის უმცროსი საშუალო სკოლებისთვის #39
შემდეგი ფენომენი, რომელიც სრულყოფილი ასახვის სიმპტომია, არის…
ა. ცისარტყელა
ბ. მირაჟი
C. ფერადი ტბა
დ. ასტიგმატიზმი
დისკუსია
მირაჟს იდეალური არეკვლის ფენომენი ეწოდება, რადგან ამ პროცესში ჰაერიდან მომავალი სინათლე გზის ზედაპირს არ გარდაეხება, არამედ ისეთი შთაბეჭდილება იქმნება, თითქოს მთელი სინათლე გზის ზედაპირიდან აირეკლება. მირაჟი წარმოიქმნება იმის გამო, რომ სინათლე მოძრაობს ჰაერის ფენებში, რომლებსაც ჰაერის ამ ფენების განსხვავებული სიმკვრივის გამო განსხვავებული გარდატეხის ინდექსი აქვთ. სინამდვილეში, სინათლე არ აირეკლება გზის ზედაპირით, არამედ გარდაიქმნება (იხრება) სხვადასხვა გარდატეხის ინდექსის მქონე ჰაერის ფენებით.
სწორი პასუხია B.

5. 2010 წლის ეროვნული სამეცნიერო ოლიმპიადის კითხვები რეგენტობის/ქალაქის დონის უმცროსი საშუალო სკოლებისთვის #30
ცხელ დღეს ასფალტის გზის ზედაპირზე ნავთობის ლაქის დანახვა არსებითად სრული არეკვლის მოვლენაა, რადგან…
ა. ჰაერის ზედა ფენების გარდატეხის ინდექსი უფრო მეტია, ვიდრე ქვედა ფენების.
ბ. ჰაერის ზედა ფენების გარდატეხის ინდექსი ქვედა ფენებთან შედარებით ნაკლებია.
გ. წყლის წვეთები სხვადასხვა ფერს სხვადასხვა კუთხით ირეკლავენ.
დ. წყლის წვეთები სხვადასხვა ფერის გარდატეხას სხვადასხვა გარდატეხის კუთხით ახდენენ.
დისკუსია
მირაჟის მაგალითია ცხელ დღეს ასფალტის გზაზე ნავთობის ლაქა. მირაჟები წარმოიქმნება გზის მახლობლად ჰაერის ფენასა და მის ზემოთ ჰაერის ფენას შორის გარდატეხის ინდექსის სხვაობის გამო.
ცხელ დღეს, გზის ზედაპირი ათბობს პირდაპირ მის ზემოთ მდებარე ჰაერს, რის გამოც გზის ზედაპირის ზემოთ მდებარე ჰაერის ფენა უფრო ცხელი ხდება, ვიდრე ზემოთ მდებარე ჰაერის ფენა. უფრო ცხელი ჰაერის ფენა უფრო მეტად ფართოვდება მოცულობით, რაც მას ნაკლებად მკვრივს ხდის (დაბალი სიმკვრივე). პირიქით, მის ზემოთ ნაკლებად ცხელი ჰაერის ფენა უფრო ნაკლებ ფართოვდება მოცულობით, რაც მას უფრო მკვრივს ხდის (უფრო მაღალი სიმკვრივე). ამგვარად, ქვედა ჰაერის ფენა ნაკლებად მკვრივია, ხოლო ზედა ჰაერის ფენა უფრო მკვრივია.
რადგან ქვედა ნაწილში (გზის ზედაპირთან უფრო ახლოს) ჰაერის ფენა ნაკლებად მკვრივია, სინათლე მასში გავლისას უფრო სწრაფად მოძრაობს, ხოლო ზედა ნაწილში ჰაერის ფენა უფრო მკვრივია, ამიტომ სინათლე მასში გავლისას უფრო ნელა მოძრაობს.
გარდატეხის ინდექსის ფორმულაა: n = c / v, სადაც n არის გარდატეხის ინდექსი, c = სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში = მუდმივი = 3 x 10⁸ მ/წმ, v = სინათლის სიჩქარე გარემოში. ამ ფორმულის საფუძველზე, c ფიქსირებულია ისე, რომ თუ v იზრდება, მაშინ n მცირდება და პირიქით, თუ v მცირდება, მაშინ n იზრდება.
სინათლე უფრო სწრაფად მოძრაობს ჰაერის ქვედა ფენაში (დიდი v), რის გამოც ჰაერის ქვედა ფენას უფრო მცირე გარდატეხის ინდექსი აქვს (პატარა n), მაშინ როცა ზედა ჰაერის ფენაში სინათლე უფრო ნელა მოძრაობს (პატარა v), რის გამოც ჰაერის ზედა ფენას უფრო დიდი გარდატეხის ინდექსი აქვს (დიდი n).
სწორი პასუხია A.

გარდატეხის ინდექსი

6. ხილული სინათლის სხივის ტალღის სიგრძე ჰაერში 510 ნმ-ია. თუ სინათლის სხივი 1,5-ის გარდატეხის ინდექსის მქონე გარემოში შევა, მისი ტალღის სიგრძე იცვლება...-მდე.
ა. 680 ნმ
ბ. 510 ნმ
C. 340 ნმ
D. 170 ნმ
დისკუსია
ცნობილია, რომ:
ტალღის სიგრძე (λ) = 510 ნმ = 510 x 10^-9 მეტრი
რეფრაქციული ინდექსი (n) = 1,5
კითხვა: ტალღის სიგრძე (λ) იცვლება…-მდე.
პასუხი:

ტალღის სიგრძე (λ) იცვლება 340 ნანომეტრამდე.
სწორი პასუხია C.

7. თევზი ჩანს გამჭვირვალე აუზის ფსკერზე, აუზის სიღრმე 2 მეტრია, აუზის გარდატეხის ინდექსი 4/3. თუ თევზი ჩანს აუზის ზედაპირის თითქმის პერპენდიკულარულად, რა მანძილზე ჩანს თევზი აუზის ზედაპირიდან?
ა. აუზის ზედაპირიდან 1 მეტრის დაშორებით
ბ. აუზის ზედაპირიდან 1,5 მეტრის დაშორებით
გ. აუზის ზედაპირიდან 2 მეტრის დაშორებით
დ. აუზის ზედაპირიდან 2,67 მეტრი
დისკუსია
ცნობილია, რომ:
აუზის რეფრაქციული ინდექსი = 4/3
აუზის სიღრმე = 2 მეტრი
კითხვა: რა მანძილზე ჩანს თევზი აუზის ზედაპირიდან?
პასუხი:
ხილული მანძილი = 1 : n (რეალური მანძილი)
ხილული მანძილი = 1 : 4/3 (2 მეტრი)
ხილული მანძილი = 1 x 3/4 (2 მეტრი)
ხილული მანძილი = 3/4 (2 მეტრი)
ხილული მანძილი = 6/4
ხილული მანძილი = 1,5 მეტრი
ტბორის ზედაპირიდან თევზის ხილული მანძილი = 1,5 მეტრი
სწორი პასუხია B.

8. სინათლე შეიძლება გადაიცეს არხში, რომლის გარდატეხის ინდექსი გარემოსთან მიმართებაში არის….
ა. > 1
ბ. = 1
C. < 1
დ. = 0
დისკუსია
ვაკუუმის გარდატეხის ინდექსი = 1,0000
გარემოს გარდატეხის ინდექსი ვაკუუმის გარდატეხის ინდექსზე მეტია.
სწორი პასუხია A.

სინათლის დისპერსია

9. დისპერსიის კუთხე არის კუთხე მონოქრომატული სინათლის ორ ფერს შორის, რომელიც წარმოიქმნება… შემთხვევაში.
ა. სინათლის პოლარიზაცია
ბ. სინათლის შთანთქმა
გ. სინათლის დისპერსია
დ. სინათლის დიფრაქცია
დისკუსია
მონოქრომატული სინათლე არის სინათლე, რომელსაც აქვს ერთი ფერი ან ტალღის სიგრძე. თეთრი სინათლე, ისევე როგორც მზის სინათლე, ყველა ფერის კომბინაციაა, თითოეულს განსხვავებული ტალღის სიგრძე ან სიხშირე აქვს. თეთრი სინათლის ხილულ სპექტრში (წითელი, ნარინჯისფერი, ყვითელი, მწვანე, ლურჯი, ინდიგო და იისფერი) დაშლას სინათლის დისპერსია ეწოდება.
სინათლის დისპერსიის მიღწევა შესაძლებელია პრიზმებით, წყლის წვეთებით ან სხვა ობიექტებით. ცისარტყელა ყოველდღიურ ცხოვრებაში სინათლის დისპერსიის მაგალითია, სადაც მზის სინათლე წვიმის წვეთებით იფანტება.
სწორი პასუხია C.

10. 2011 წლის ეროვნული სამეცნიერო ოლიმპიადის კითხვები რეგენტობის/ქალაქის დონის უმცროსი საშუალო სკოლებისთვის #60
ცისარტყელა ნაწილობრივი წრის ფორმის ფერადი ლენტის სახით გამოიყურება. ქვემოთ მოცემული ოთხი ცისარტყელას ფერის სწორი თანმიმდევრობა, უმცირესი რადიუსიდან უდიდესამდე, არის…
ა. წითელი, ნარინჯისფერი, ყვითელი, მწვანე
ბ. ლურჯი, იისფერი, მწვანე, ყვითელი
გ. მწვანე, ლურჯი, ინდიგო, იისფერი
D. ინდიგო, ლურჯი, მწვანე, ყვითელი
დისკუსია
ცისარტყელას ფერების თანმიმდევრობაა წითელი, ნარინჯისფერი, ყვითელი, მწვანე, ლურჯი, ინდიგოსფერი და იისფერი.
წითელ სინათლეს ყველაზე გრძელი ტალღის სიგრძე აქვს, ხოლო იისფერს - ყველაზე მოკლე. სინათლის თითოეული ფერის გადახრა მის ტალღის სიგრძეზეა დამოკიდებული.
როდესაც თეთრი მზის სინათლე წვიმის წვეთებით იფანტება, უფრო გრძელი ტალღის სიგრძის სინათლე ნაკლებად იხრება, ხოლო უფრო მოკლე ტალღის სიგრძის სინათლე - უფრო მეტად. წითელი სინათლე ყველაზე ნაკლებად იხრება, რადგან მისი ტალღის სიგრძე უფრო გრძელია, ხოლო იისფერი სინათლე ყველაზე მეტად იხრება, რადგან მისი ტალღის სიგრძე უფრო მოკლეა, როგორც ეს ქვემოთ მოცემულ დიაგრამაზეა ნაჩვენები. ამრიგად, დამკვირვებლის თვალი წითელ სინათლეს ზედა ნაწილში ხედავს, ხოლო იისფერ სინათლეს ქვედა ნაწილში.
ცისარტყელას სინათლის ყველა ფერი წრის ფორმისაა, სადაც სინათლის წითელი წრე ზედა ნაწილშია, ამიტომ მას ყველაზე დიდი რადიუსი აქვს, ხოლო სინათლის იისფერი წრე ქვედა ნაწილშია, ამიტომ მას ყველაზე პატარა რადიუსი აქვს.
ღია ფერების თანმიმდევრობა უდიდესი რადიუსიდან უმცირეს რადიუსამდეა: წითელი, ნარინჯისფერი, ყვითელი, მწვანე, ლურჯი, ინდიგოსფერი და იისფერი.
სწორი პასუხია D.

11. წყლის ზედაპირზე ზეთის ფენიდან ღია ფერები გამოწვეულია მოვლენით...
ა. ჩარევა
ბ. პოლარიზაცია
C. dispersi
დ. დიფრაქცია
დისკუსია
სწორი პასუხია C.