Mifano ya maswali na fomula za mawimbi ya mwanga katika optiki ya kimwili
Sifa za mwanga
1. Mwanga ni wimbi la sumakuumeme, kwa hivyo mwanga….
A. Hafanyi tafakari
B. Hapati hisia ya kubadilika
C. Haihitaji njia ya uenezaji
D. Haibebi nishati katika uenezaji wake
Majadiliano
Mwanga ni wimbi, kwa hivyo, hupitia tafakari, kinzani, na hubeba nishati wakati wa uenezaji wake, kama mawimbi mengine. Mwanga ni wimbi la sumakuumeme, kwa hivyo hauhitaji njia ya uenezaji.
Jibu sahihi ni C.
2. Zingatia kauli ifuatayo:
1. Mwanga husogea katika mstari ulionyooka
2. Mwanga ni wimbi la sumakuumeme
3. Mwanga unaweza kufyonzwa
4. Mwanga hubeba chaji ya umeme
Kauli sahihi kuhusu sifa za mwanga ni...
A. kauli 1 pekee
B. kauli 1 na 2
C. kauli 1, 2 na 3
D. kauli zote ni kweli
Majadiliano
1. Mwanga husogea katika mstari ulionyooka.
Kauli hii ni kweli kwa sababu ingawa mwanga husogea kama wimbi linalovuka, njia ya mwanga ni mstari ulionyooka. Katika mada ya optics ya kijiometri (kuakisi na kuakisi mwanga), mwanga unaonyeshwa kama miale ambayo njia yake ya mwendo ni mstari ulionyooka.
2. Mwanga ni wimbi la sumakuumeme:
Kauli hii ni kweli kwa sababu mwanga ni wimbi la sumakuumeme, ambapo uenezaji wa mwanga hauhitaji njia.
3. Mwanga unaweza kufyonzwa:
Kauli hii ni kweli. Mwanga ni aina ya wimbi la sumakuumeme. Mawimbi yote, ya kimakanika na ya sumakuumeme, hubeba nishati yanaposafiri kutoka sehemu moja hadi nyingine. Kwa hivyo, baadhi ya nishati ya mwanga inaweza kufyonzwa na chombo kinachopita. Kwa mfano, mwanga unaposafiri kuelekea kioo cha ndege, mwanga mwingi huakisiwa, lakini sehemu ndogo hufyonzwa na kioo.
4. Mwanga hubeba chaji ya umeme:
Kauli hii si kweli. Mwanga ni wimbi la sumakuumeme, na mawimbi ya sumakuumeme huzalishwa kwa kuyumba kwa uwanja wa umeme na sumaku. Mawimbi ya sumakuumeme hutolewa kwa kuongeza kasi ya chaji za umeme.
Jibu sahihi ni C.
Tafakari kamili
3. Picha iliyo upande wa kulia inaonyesha jiwe la vito vya almasi ambalo ni ghali sana kwa sababu mwanga unaoakisiwa na almasi unang'aa sana. Jambo hili linasababishwa na…
A. kinzani kamili ambapo mwanga huingia kutoka kwa chombo kisicho na msongamano mkubwa hadi chombo chenye msongamano zaidi
B. kinzani kamili ambapo pembe ya matukio ni ndogo kuliko pembe ya mpaka
C. Mwangaza kamili ambapo mwanga hutoka kwenye chombo kisicho na msongamano mkubwa hadi chombo chenye msongamano zaidi
D. tafakari kamili ambapo pembe ya matukio ni kubwa kuliko pembe ya mpaka
Majadiliano
Mwanga kutoka kwa almasi huonekana kung'aa kutokana na utawanyiko wa mwanga na tafakari kamili. Mwangaza kamili hutokea wakati mwanga unasogea kutoka kwa kati yenye faharisi ya juu ya kuakisi hadi ile yenye faharisi ya chini ya kuakisi. Kwa mfano, mwanga husogea kutoka kwa almasi (yenye faharisi ya juu ya kuakisi) hadi hewani (yenye faharisi ya chini ya kuakisi). Ili kuelewa zaidi hili, chunguza picha iliyo hapa chini.
Mwanga unapohama kutoka kwenye kipashio kikubwa cha kuakisi hadi kwenye kipashio kidogo cha kuakisi, mwanga huinama kutoka kwenye kawaida. Ikiwa pembe ya matukio (i) ni kubwa zaidi basi pembe ya kuakisio (r) ni kubwa zaidi. Katika pembe fulani ya matukio, pembe ya kuakisio ni 90o. Pembe ya matukio wakati pembe ya kuakisio ni 90o inaitwa pembe muhimu (θk) au pembe ya kikomo. Ikiwa pembe ya matukio ni kubwa kuliko pembe muhimu au pembe ya kikomo basi hakuna mwanga unaoakisiwa; mwanga wote huakisiwa.
Jibu sahihi ni D.
4. Maswali ya Olimpiki ya Kitaifa ya Sayansi ya 2011 kwa Shule za Upili za Vijana katika Ngazi ya Regency/Jiji Nambari 39
Jambo lifuatalo, ambalo ni dalili ya kutafakari kikamilifu, ni….
A. upinde wa mvua
B. mazigazi
Ziwa lenye rangi C
D. astigmatism
Majadiliano
Mirage inaitwa jambo kamilifu la kuakisi kwa sababu katika mchakato huu, hakuna mwanga unaotoka hewani unaoakisiwa na uso wa barabara lakini huonekana kana kwamba mwanga wote unaakisiwa na uso wa barabara. Mirage hutokea kwa sababu mwanga husafiri kupitia tabaka za hewa zenye fahirisi tofauti za kuakisi kutokana na msongamano tofauti wa tabaka hizi za hewa. Kwa kweli, mwanga hauakisiwi na uso wa barabara bali hugeuzwa (kuinama) na tabaka za hewa zenye fahirisi tofauti za kuakisi.
Jibu sahihi ni B.
5. Maswali ya Olimpiki ya Kitaifa ya Sayansi ya 2010 kwa Shule za Upili za Vijana katika Ngazi ya Regency/Jiji Nambari 30
Kuona mteremko wa mafuta kwenye uso wa barabara ya lami siku ya joto kimsingi ni tukio la kutafakari kabisa kwa sababu….
A. Kielelezo cha kuakisi cha tabaka za juu za hewa ni kikubwa kuliko kile cha tabaka za chini.
B. Kielelezo cha kuakisi mwangaza cha tabaka za juu za hewa ni kidogo kuliko tabaka za chini.
C. Matone ya maji huakisi rangi tofauti katika pembe tofauti za kuakisi.
D. Matone ya maji hubadilika rangi tofauti katika pembe tofauti za kuakisi.
Majadiliano
Mandhari kama mteremko wa mafuta kwenye barabara ya lami siku ya joto ni mfano wa mazigazi. Mazigazi hutokea kutokana na tofauti ya faharisi ya kuakisi kati ya safu ya hewa karibu na barabara na safu ya hewa iliyo juu yake.
Siku yenye joto kali, uso wa barabara hupasha joto hewa moja kwa moja juu yake, na kufanya safu ya hewa moja kwa moja juu ya uso wa barabara kuwa moto zaidi kuliko safu ya hewa iliyo juu zaidi. Safu ya hewa yenye joto zaidi hupata upanuzi mkubwa wa ujazo, na kuifanya iwe mnene kidogo (mzigo mdogo). Kinyume chake, safu ya hewa yenye joto kidogo juu yake hupata upanuzi mdogo wa ujazo, na kuifanya iwe mnene zaidi (mzigo mkubwa). Kwa hivyo safu ya chini ya hewa ni mnene kidogo, huku safu ya juu ya hewa ikiwa mnene zaidi.
Kwa sababu safu ya hewa iliyo chini (karibu na uso wa barabara) haina mnene sana, mwanga husogea haraka zaidi inapopita ndani yake, huku safu ya hewa iliyo juu ikiwa mnene zaidi kwa hivyo mwanga husogea polepole zaidi inapopita ndani yake.
Fomula ya faharasa ya kuakisi ni: n = c / v, ambapo n ni faharasa ya kuakisi, c = kasi ya mwanga katika ombwe = thabiti = 3 x 108 m/s, v = kasi ya mwanga katika kati. Kulingana na fomula hii, c imewekwa ili ikiwa v inakua kubwa basi n inakua ndogo na kinyume chake ikiwa v inapungua basi n inakua kubwa.
Mwanga husogea kwa kasi zaidi katika safu ya chini ya hewa (v kubwa) ili safu ya chini ya hewa iwe na faharisi ndogo ya kuakisi (n ndogo) ilhali mwanga husogea polepole katika safu ya juu ya hewa (v ndogo) ili safu ya juu ya hewa iwe na faharisi kubwa ya kuakisi (n kubwa).
Jibu sahihi ni A.
faharisi ya kuakisi
6. Mwanga unaoonekana una urefu wa wimbi la nm 510 hewani. Ikiwa mwanga utaingia kwenye chombo chenye faharisi ya kuakisi ya 1,5, urefu wake wa wimbi hubadilika kuwa….
A. 680 nm
B. 510 nm
C. 340 nm
D. 170 nm
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Urefu wa mawimbi (λ) = 510 nm = 510 x 10-9 mita
Kielezo cha kuakisi (n) = 1,5
Swali: Urefu wa wimbi (λ) hubadilika kuwa….
Jibu:
Urefu wa wimbi (λ) hubadilika hadi nanomita 340.
Jibu sahihi ni C.
7. Samaki anaonekana kwenye sakafu ya bahari ya bwawa safi, kina cha bwawa ni mita 2, kielezo cha kuakisi mwangaza wa bwawa ni 4/3. Ikiwa samaki anaonekana karibu sawa na uso wa bwawa, samaki anaonekana umbali gani kutoka kwenye uso wa bwawa?
A. Mita 1 kutoka kwenye uso wa bwawa la kuogelea
B. Mita 1,5 kutoka kwenye uso wa bwawa la kuogelea
C. mita 2 kutoka kwenye uso wa bwawa la kuogelea
D. Mita 2,67 kutoka kwenye uso wa bwawa la kuogelea
Majadiliano
Inajulikana kwamba:
Kielelezo cha kuakisi cha bwawa = 4/3
Kina cha bwawa la kuogelea = mita 2
Swali: Samaki wanaweza kuonekana umbali gani kutoka kwenye uso wa bwawa?
Jibu:
Umbali unaoonekana = 1 : n (umbali halisi)
Umbali unaoonekana = 1 : 4/3 (mita 2)
Umbali unaoonekana = 1 x 3/4 (mita 2)
Umbali unaoonekana = 3/4 (mita 2)
Umbali unaoonekana = 6/4
Umbali unaoonekana = mita 1,5
Umbali wa samaki unaoonekana kutoka kwenye uso wa bwawa = mita 1,5
Jibu sahihi ni B.
8. Mwanga unaweza kusambazwa katika mfereji ambao kielezo chake cha kuakisi mwangaza kuhusiana na mazingira ni….
A. > 1
B. = 1
C. < 1
D. = 0
Majadiliano
Kielezo cha kuakisi cha utupu = 1,0000
Kielezo cha kuakisi cha kati ni kikubwa kuliko kielezo cha kuakisi cha ombwe.
Jibu sahihi ni A.
Mtawanyiko wa mwanga
9. Pembe ya utawanyiko ni pembe kati ya rangi mbili za mwanga wa monochromatic ambayo hutokea katika tukio la….
A. upolarishaji wa mwanga
B. unyonyaji wa mwanga
C. mtawanyiko wa mwanga
D. mtawanyiko wa mwanga
Majadiliano
Mwanga wa monochromatic ni mwanga wenye rangi moja au urefu wa wimbi. Mwanga mweupe, kama mwanga wa jua, ni mchanganyiko wa rangi zote, kila moja ikiwa na urefu wa wimbi au masafa tofauti. Kugawanyika kwa mwanga mweupe katika wigo unaoonekana (nyekundu, chungwa, manjano, kijani, bluu, indigo, na violet) huitwa mtawanyiko wa mwanga.
Utawanyiko wa mwanga unaweza kupatikana kwa kutumia miiba, matone ya maji, au vitu vingine. Upinde wa mvua ni mfano wa utawanyiko wa mwanga katika maisha ya kila siku, ambapo mwanga wa jua hutawanywa na matone ya mvua.
Jibu sahihi ni C.
10. Maswali ya Olimpiki ya Kitaifa ya Sayansi ya 2011 kwa Shule za Upili za Vijana katika Ngazi ya Regency/Jiji Nambari 60
Upinde wa mvua huonekana kama utepe wenye rangi nyingi unaofanana na duara lisilo na sehemu. Mpangilio sahihi wa rangi nne za upinde wa mvua zilizo chini, kuanzia kipenyo kidogo hadi kikubwa zaidi, ni…
A. nyekundu, chungwa, njano, kijani
B. bluu, zambarau, kijani, njano
C. kijani, bluu, indigo, urujuani
D. indigo, bluu, kijani, njano
Majadiliano
Mpangilio wa rangi za upinde wa mvua ni nyekundu, chungwa, manjano, kijani, bluu, indigo na zambarau.
Mwanga mwekundu una urefu mrefu zaidi wa wimbi, huku mwanga wa zambarau ukipungua zaidi. Mgeuko wa kila rangi ya mwanga hutegemea urefu wake wa wimbi.
Mwanga mweupe wa jua unapotawanywa na matone ya mvua, mwanga wenye mawimbi marefu hugeuzwa kidogo, huku mwanga wenye mawimbi mafupi ukigeuzwa zaidi. Mwanga mwekundu hugeuzwa kidogo kwa sababu urefu wake wa mawimbi ni mrefu zaidi, huku mwanga wa zambarau ukigeuzwa zaidi kwa sababu urefu wake wa mawimbi ni mfupi zaidi, kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro ulio hapa chini. Hivyo, jicho la mtazamaji huona mwanga mwekundu juu na mwanga wa zambarau chini.
Rangi zote za mwanga wa upinde wa mvua zina umbo la duara kwa sehemu, ambapo duara jekundu la mwanga liko juu kwa hivyo lina radius kubwa zaidi, huku duara la zambarau la mwanga likiwa chini kwa hivyo lina radius ndogo zaidi.
Mpangilio wa rangi nyepesi kutoka radius kubwa hadi radius ndogo zaidi ni nyekundu, chungwa, manjano, kijani, bluu, indigo, zambarau.
Jibu sahihi ni D.
11. Rangi nyepesi kutoka kwenye safu ya mafuta kwenye uso wa maji hutokea kwa sababu ya tukio hilo...
A. kuingiliwa
B. upolarishaji
C. kutawanya
D. mtawanyiko
Majadiliano
Jibu sahihi ni C.
