Cap.VI. Fenomene optice.

• Probleme rezolvate.
• Exerciții.
• Teste de autoevaluare.

Probleme rezolvate.

🔓 Probleme rezolvate - Viteza luminii. Anul-lumină. Indicele de refracție.

6.1. Cât este distanța de la Soare la Pământ, știind că luminii îi ia 8 minute pentru a ajunge pe Terra.

Rezolvare:

Notăm datele problemei:
t = 8 min
c = 300.000.000 m/s
d = ?

Scriem formula distanței:
d = c ∙ t = 300.000.000 m/s ∙ 8 min = 300.000.000 m/s ∙ 8 ∙ 60 s = 144.000.000.000 m = 144 ∙ 10⁹ m (144 de miliarde de metri).

6.2. Proxima Centauri este o stea pitică roșie ce se află la o distanță de aproximativ 4 ∙ 10¹³ km de Terra în constelația Centaurului, fiind steaua cea mai apropiată de Sistemul nostru Solar. Află timpul în ani în care lumina parcurge această distanță

Rezolvare:

Notăm datele problemei:
t = ? ani
c = 300.000.000 m/s = 3 ∙ 10⁸ m
d = 4 ∙ 10¹³ km = 4 ∙ 10¹⁶ m

Scoatem timpul din formula vitezei și calculăm timpul în ani cu regula de trei simplă:

6.3. Să se calculeze indicele de refracție al apei, știind că viteza de propagare a luminii prin apă este 220.000.000 m/s. Voi trebuie să știți pe dinafară numai viteza luminii în vid.

Rezolvare:

Scriem datele problemei:
c = 300.000.000 m/s
v = 220.000.000 m/s

Scriem formula indicelui de refracție:

6.4. Să se calculeze viteza luminii prin diamant care are indicele de refracție de 2,42.

Rezolvare:

Scriem datele problemei:
c = 300.000.000 m/s
n = 2,42

Scriem formula indicelui de refracție:

Scoatem necunoscuta din ecuație, astfel n coboară la numitor și v urcă la numărător în partea opusă (fiind extremi pot schimba locul între ei).

🔓 Problemă experimentală - Oglinzile – aplicații ale reflexiei luminii

6.5. Formarea imaginii unui obiect într-o oglindă plană:

• Se desenează oglinda plană pe verticală.

• Se trasează prin mijlocul oglinzii axa optică principală, perpendiculară pe oglindă (pe orizontală).

• Se desenează obiectul AB sub forma unui segment cu săgeată, în fața oglinzii.

• Se duce prima rază din vârful obiectului (B) perpendiculară pe oglindă și se prelungește punctată în spatele oglinzii (fiind perpendiculară pe suprafața oglinzii nu își schimbă direcția de propagare când se reflectă).

• Se duce a doua rază din vârful obiectului (B) oblică pe oglindă se trasează raza reflectată a acesteia, respectând legile reflexiei (unghiul i = unghiul r)

• Se prelungește punctată în spatele oglinzii raza reflectată, până se întâlnește cu prelungirea primei raze. Punctul de intersecție al lor se notează cu B', care reprezintă vârful imaginii obiectului în oglindă.

• Din punctul B' se duce perpendiculară pe axa optică principală, iar piciorul perpendicularei se notează cu A' și reprezintă baza imaginii obiectului în oglindă. Se pune vârful săgeții în B'.

Caracterizarea imaginii (A'B') obiectului în oglinda plană:

• Im. A'B' este la fel de mare ca ob. AB.

• Im. A'B' este dreaptă.

• Imaginea este virtuală, deoarece se formează la intersecția razelor reflectate (ea nu poate fi prinsă pe ecran sau film foto).

• Ob. AB și im. A'B' sunt simetrice față de oglindă (imaginea se formează în spatele oglinzii, la aceeaşi distanţă faţă de oglindă ca şi obiectul).

🔓 Probleme recapitulative rezolvate - Fenomene optice

6.6. O sursă punctiformă este agățată de un tavan. La h₁ = 80 cm de sursă se află un corp opac sferic cu raza de 50 cm, iar la h₂ = 1,6 m de corp se află podeaua. Ce rază are umbra corpului formată pe podea ?

Rezolvare:

Notăm datele problemei și le transformăm în SI:
h₁ = 80 cm = 0,8 m
h₂ = 1,6 m
R₁ = 50 cm = 0,5 m
R₂ = ?

Desenăm razele ce determină formarea umbrei:

Egalăm rapoartele:

Scoatem necunoscuta R₂:

6.7. Cum trebuie plasate două oglinzi plane pentru ca raza de lumină să fie deviată ca în figura următoare:

a)

b)

c)

Rezolvare:

a)

b)

c)

6.8. Se dă unghiul de incidență de 45° dintre raza incidentă și normală. Suprafața de separare dintre sticlă (n₁ = 1,5) și apă (n₂=1,33) deseneaz-o pe verticală. Construiește raza reflectată și raza refractată. Scrie notațiile pe desen.

Rezolvare:

6.9. Știind viteza luminii prin safir, v_safir = 1,7 ∙ 10⁸ m/s, aflați indicele de refracție al safirului.

Rezolvare:

Scriem datele problemei:
n_safir = ?
v_safir = 1,7 ∙ 10⁸ m/s

Scriem formula indicelui de refracție și scoatem necunoscuta, n_safir:

6.10. Să se calculeze viteza luminii prin zirconiu care are indicele de refracție de 2,15.

Rezolvare:

Scriem datele problemei:
c = 3 ∙ 10⁸ m/s
n = 2,15

Scriem formula indicelui de refracție:

Scoatem necunoscuta din ecuație, astfel n coboară la numitor și v urcă la numărător în partea opusă (fiind extremi pot schimba locul între ei).

6.11. Află distanța (în km) dintre Pământ și Soare, știind că luminii îi ia 8 min și 16 secunde ca să o străbată.

Rezolvare:

Scriem datele problemei:
t = 8 min + 16 s = 480 s + 16 s = 496 s
d = ?
c = 300.000 km/s

Scriem formula vitezei:

Scoatem necunoscuta d din ecuația vitezei:

6.12. Pentru a lumina fundul unei fântâni, se folosește o oglindă plană. Sub ce unghi față de orizontală trebuie așezată oglinda, dacă razele Soarelui formează cu orizontala un unghi de 20°?

Rezolvare:

Se desenează mersul razelor de lumină:

Cum NI este perpendiculară pe oglindă (normala) avem:

Exerciții.

🔐 Exerciții recapitulative - Fenomene optice

6.13. Stabilește pentru următoarele corpuri ce sunt, surse de lumină (naturale/ artificiale) sau corpuri luminate (transparente /translucide/ opace):

a) Ecranul televizorului

b) Luna

c) Flacăra chibritului

d) Geamul mat

e) Steaua polară

f) Apa din piscină

g) Lanterna telefonului

h) Ferestre luminate.

6.14. Stabilește care dintre următoarele obiecte pot fi oglinzi, adică să formeze imaginea unui obiect prin reflexie ordonată:

a) Suprafața apei a unui lac limpede și liniștită.

b) O folie de aluminiu mototolită.

c) O tavă de inox.

d) Suprafața unui geam.

e) Ușa din lemn a unui șifonier.

f) Blatul unei mese din pal melaminat.

6.15. Te afli la 1m de oglinda plană aflată în holul tău. În această oglindă vezi imaginea unui dulap de la bucătărie aflat la 2m distanță față de tine. La ce distanță față de oglindă se formează imaginea dulapului?

6.16. Ce fel de oglindă ai folosi pentru a împrăștia lumina unei lanterne?

6.17. Taie cuvintele care nu corespund următoarelor afirmații:

a) Sursele de lumină sunt corpuri care produc / primesc lumină.

b) Corpul transparent este corpul care lasă / nu lasă să treacă lumina prin el și vedem / nu vedem prin el.

c) Corpul translucid este corpul care lasă parțial / nu lasă să treacă lumina prin el și vedem clar / nu vedem clar prin el.

d) Corpul opac este corpul care lasă / nu lasă să treacă lumina prin el și vedem / nu vedem prin el.

e) Reflexia luminii este fenomenul în care lumina se întoarce în primul mediu / trece în al doilea mediu.

f) Refracția luminii este fenomenul în care lumina își schimbă direcția / nu își schimbă direcția la traversarea suprafeței de separare dintre două medii transparente.

g) Lumina se propagă în linie dreaptă / curbă.

h) Oglinda este un corp în care lumina se reflectă / se refractă.

6.18. Dă exemple de:

a) Surse de lumină naturale.

b) Surse de lumină artificiale.

c) Corpuri transparente.

d) Corpuri translucide.

e) Corpuri opace.

f) Aplicații ale oglinzilor plane.

g) Aplicații ale oglinzilor concave.

h) Aplicații ale oglinzilor convexe.

6.19. Desenează formarea umbrei și penumbrei corpului din figura următoare:

6.20. O sursă punctiformă este așezată pe un tavan. La h₁ = 1 m de sursă se află un corp opac dreptunghic cu lungimea de 50 cm, iar la h₂ = 1,5 m de corp se află podeaua. Ce lungime are umbra corpului formată pe podea?

6.21. Cum trebuie plasate două oglinzi plane pentru ca raza de lumină să fie deviată ca în figura următoare:

6.22. Construiește raza reflectată și raza refractată pentru un unghi de incidență de 60°. Așază suprafața de separare pe verticală pentru apă (n₁ = 1,33) – sticlă (n₂ = 1,5).

6.23. Știind viteza luminii prin plexiglas, v_plexiglas = 2,01 ∙ 10⁸ m/s, află indicele de refracție al plexiglasului.

6.24. Să se calculeze viteza luminii prin etanol care are indicele de refracție de 1,36.

6.25. Află în cât timp lumina ajunge de la Marte pe Pământ, știind că distanța dintre ele este de 54,6 milioane km.

6.26. Află distanța în km de la Pământ la steaua Vega, știind că aceasta se află la 26,3 a.l. .

6.27. În care din cele trei cazuri raza vine din aer (n = 1), trece prin plexiglas (n = 1,49) și iese în aer?

Teste de autoevaluare.

📝 Test de autoevaluare - Fenomene optice

6.28. Completează următoarele afirmații: 4spații punctate x 0,25p = 1p

a) Corpul transparent este corpul care .....................................................

b) Reflexia luminii este fenomenul în care lumina ...........................în primul mediu.

c) Lumina se propagă în ..................................................

d) Oglinda este un corp........................................., prin care lumina se reflectă.

6.29. Dă exemple de: 4 x 0,25p = 1p

a) Surse de lumină naturale.

b) Corpuri transparente.

c) Aplicații ale oglinzilor concave.

d) Aplicații ale oglinzilor convexe.

6.30. Arată prin desen eclipsa totală de Soare și definește eclipsă totală de Soare. -1p

6.31. Știind indicele de refracție al diamantului, n_diamant = 2,4 , află viteza luminii prin diamant. -1p

6.32 În cât timp ajunge lumina de la Venus la Pământ știind că distanța dintre Venus și Pământ este de 240.000.000 km? -1p

6.33. Cum trebuie plasate două oglinzi plane pentru ca raza de lumină să fie deviată ca în figura următoare: -1p

6.34. Se dă unghiul de incidență de 60° dintre raza incidentă și normală. Suprafața de separare dintre apă ( n1=1,33) și diamant ( n2=2,42) deseneaz-o pe orizontală.Construiește raza reflectată și raza refractată. Scrie notațiile pe desen. -2p

Oficiu –2p