Rozdział 1

Rozdział 1

Sprawdź, czy rozumiesz

1.1

2,1 ⁢ % 2,1⁢% (dokładność do dwóch cyfr znaczących).

1.2

15,1 ⁢ ° 15,1⁢°.

1.3

Z powietrza do wody, ponieważ wtedy nie jest spełniony warunek, że współczynnik załamania drugiego ośrodka jest mniejszy od pierwszego.

1.4

9,3 ⁢ cm 9,3⁢cm.

1.5

A ⁢ A ′ A⁢ A ′ stałby się dłuższy, A ′ ⁢ B ′ A ′ ⁢ B ′ odchyliłby się bardziej względem powierzchni, a promień załamany odchyliłby się od normalnej.

1.6

Również 90 ⁢ % 90⁢%.

1.7

Nastąpi tylko załamanie, nie będzie odbicia.

Pytania

1.

Światło może być traktowane jako promień, gdy obiekty są duże w porównaniu z długością fali, natomiast jako fala, gdy obiekty są porównywalne lub małe względem długości fali.

3.

Ta obserwacja dowodzi wprost, że prędkość światła jest większa od prędkości dźwięku. Jeżeli znamy odległość od miejsca, w którym nastąpił błysk, oraz prędkość dźwięku, możemy na tej podstawie obliczyć prędkość światła. W praktyce ze względu na bardzo dużą wartość prędkości światła dane potrzebne do jej wyliczenia musiałyby być znane z dużą dokładnością.

5.

Puder składa się z wielu małych cząstek o losowo zorientowanych powierzchniach. Powoduje to rozproszenie, zmniejszając połysk.

7.

Do normalnej, gdy n n wzrasta (z powietrza do wody, z wody do szkła); od normalnej, gdy n n maleje (ze szkła do powietrza).

9.

Promień biegnący od nóg ulega załamaniu na granicy wody. Obserwator znajdujący się w powietrzu widzi pozorne miejsce źródła, jakby promień całą drogę przebył po linii prostej. Zobacz rysunek poniżej.

Rysunek ilustruje powstawanie obrazu nóg zanurzonych w wodzie, widzianych przez obserwatora znajdującego się w powietrzu nad powierzchnią wody. Promień światła wychodzący z nogi załamuje się na granicy między wodą a powietrzem. Promień załamany odchyla się od normalnej. Jeśli przedłużymy promień załamany pod powierzchnię wody, znajdzie się on wyżej niż promień faktyczny. W rezultacie, obraz zanurzonej nogi znajduje się wyżej niż noga, co sprawia, że noga wydaje się krótsza niż w rzeczywistości.
11.

Kamień szlachetny staje się niewidoczny, gdy jego współczynnik załamania jest taki sam lub zbliżony do współczynnika załamania wody, która go otacza. Ponieważ diament ma wyjątkowo dużą wartość współczynnika załamania, będzie wciąż rozbłyskiwać w wyniku całkowitego wewnętrznego odbicia, zatem będzie widoczny.

13.

Można zmierzyć kąt graniczny, obserwując, przy jakim kącie padania następuje całkowite wewnętrzne odbicie. Następnie wyznaczoną wartość kąta można wstawić do Równania 1.5 i obliczyć współczynnik załamania.

15.

Promienie światła, które załamują się w diamencie i wychodzą z niego, podlegają całkowitemu wewnętrznemu odbiciu, ale też zjawisku dyspersji z powodu zależności współczynnika załamania od długości fali. Rezultatem są barwne rozbłyski.

17.

Tak.

19.

Nie, ponieważ fale dźwiękowe rozchodzące się w powietrzu nie są falami poprzecznymi.

21.

Energia jest pochłaniana przez polaryzatory.

23.

Przy zachodzie słońca promienie dochodzą do naszego oka przez grubszą warstwę atmosfery (dłuższa droga). Światło niebieskie (krótsze fale) jest na tej drodze silniej rozpraszane, a zatem w świetle docierającym do obserwatora dominuje barwa czerwona (dłuższe fale).

25.

Kierunek polaryzacji okularów został obrócony o 90 ⁢ ° 90⁢°.

Zadania

27.

2,997 05 ⋅ 10 8 ⁢ m ∕ s 2,997 05 ⋅ 10 8 ⁢ m ∕ s , 1,97 ⋅ 10 8 ⁢ m ∕ s 1,97 ⋅ 10 8 ⁢ m ∕ s .

29.

Lód w temperaturze 0 ⁢ °C 0⁢°C.

31.

1,03⁢ns1,03⁢ns \SI{1,03}{\nano\second}.

33.

337 ⁢ m 337⁢m.

35.

dowód.

37.

dowód.

39.

Odbicia 70 ⁢ ° 70⁢°, załamania 45 ⁢ ° 45⁢°.

41.

42 ⁢ ° 42⁢°.

43.

1,53 1,53.

45.

a. 2,9 ⁢ m 2,9⁢m; b. 1,4 ⁢ m 1,4⁢m.

47.

a. 24,42 ⁢ ° 24,42⁢°; b. 31,33 ⁢ ° 31,33⁢°.

49.

79,11 ⁢ ° 79,11⁢°.

51.

a. 1,43 1,43 – fluoryt; b. 44,2 ⁢ ° 44,2⁢°.

53.

a. 48,2 ⁢ ° 48,2⁢°; b. 27,3 ⁢ ° 27,3⁢°.

55.

Dla czerwonego 46,5 ⁢ ° 46,5⁢°, dla fioletowego 46 ⁢ ° 46⁢°.

57.

a. 0,04 ⁢ ° 0,04⁢°; b. 1,3 ⁢ m 1,3⁢m.

59.

72,8 ⁢ ° 72,8⁢°.

61.

θc=53,5°θc=53,5° \theta_{\text{c}}=\ang{53,5}\, θf=55,2°θf=55,2° \theta_{\text{f}}=\ang{55,2}\.

63.

0,5 0,5.

65.

0,125 0,125, czyli 1 ∕ 8 1∕8.

67.

84,3 ⁢ ° 84,3⁢°.

69.

0,25 ⁢ I 0 0,25⁢ I 0 .

71.

a. 0,5 0,5; b. 0,25 0,25; c. 0,187 0,187.

73.

67,54 ⁢ ° 67,54⁢°.

75.

53,1 ⁢ ° 53,1⁢°.

Zadania dodatkowe

77.

114 ⁢ rad ∕ s 114⁢ rad ∕ s .

79.

3,72 ⁢ nm 3,72⁢nm.

81.

41,2 ⁢ ° 41,2⁢°.

83.

a. 1,92 1,92. Klejnot nie jest diamentem – to cyrkonia; b. 55,2 ⁢ ° 55,2⁢°.

85.

a. 0,898 0,898; b. Współczynnik załamania nie może być mniejszy od 1 1, bo oznaczałoby to, że prędkość światła jest większa od c c; c. Kąt załamania jest zbyt duży w stosunku do kąta padania.

87.

0,707 ⁢ B 1 0,707⁢ B 1 .

89.

a. 1,69 ⋅ 10 −2 ⁢ °C ∕ s 1,69 ⋅ 10 −2 ⁢ °C ∕ s ; b. Tak.

Zadania trudniejsze

91.

Pierwsze zadanie: 88,6 ⁢ ° 88,6⁢°. Drugie zadanie zależy od stopnia złożoności przyjętego przez czytelnika.

93.

Dowód; 1,33 1,33.

95.

a. 0,75 0,75; b. 0,563 0,563; c. 1,33 1,33.