Przejdź do wszystkich komunikatów » 

26 May 2007,
Cień i półcień, część A.

Doświadczenia z ławą optyczną: cień i półcień, część A

Oświetlacz ustawiamy tak samo jak w doświadczeniu rozchodzenie się światła, ekran ustawiamy w pozycji 55cm. W uchwycie mocujemy pręt i przesuwamy go blisko ekranu. Obserwujemy na ekranie ostry, dobrze nasycony cień. Rozmiary pręta i cienia są prawie takie same.
Następnie przesuwamy pręt w kierunku źródła światła. Cień na ekranie staje się większy, ma brzegi mniej wyraźne i przybiera barwę szarą. Dzieje się tak dlatego, że nasze źródło światła nie jest źródłem punktowym.

W dalszym ciągu prowadzimy eksperyment, lecz obserwacje uzupełnimy analizą matematyczną. Wykorzystamy twierdzenie Talesa.
Mocujemy w uchwycie okrągły stolik (elementy ławy optycznej). Jego rozmiary (średnica wynosi 7cm) są dość duże w porównaniu z rozmiarami włókna żarówki. Jeżeli przyjmiemy, że źródło światła jest punktowe, to wiązka omijająca przedmiot o wysokości h utworzy na ekranie cień tego przedmiotu o wysokości h₁. Z twierdzenia Talesa wynika, że
(a/b)=(h₁/h)
gdzie odległość od źródło światła do przedmiotu = a , do ekranu = b
Sprawdzimy, czy powyższe równanie jest spełnione w naszym eksperymencie.

Trudnością jest dla nas określenie w jakiej odległości od osłony oświetlacza znajduje się włókno żarówki. Aby wyznaczyć tę odległość wykonujemy pomiary jak poniżej.
Nie zapaloną żarówkę wysuwamy z osłony i przykładając linijkę do bańki oceniamy w jakiej odległości od wierzchołka znajduje się włókno. Z niewielkim błędem oceniamy tę odległość na ok. 0,5cm.
Wsuwamy teraz żarówkę w głąb oświetlacza i linijką (z kreską zerową na samym brzegu) lub suwmiarką mierzymy mierzymy odległość jej wierzchołka od krawędzi osłony. W naszym pomiarze wynosi ona 1,5cm. Dodajemy 0,5cm i otrzymujemy, że włókno żarówki znajduje się w odległości ok. 2cm od krawędzi osłony. Oś uchwytu oświetlacza umieściliśmy w pozycji 5,5cm, zatem włókno żarówki znajduje się w pozycji 3,5cm. Uchwyt ze stolikiem umieściliśmy w pozycji 27cm, zatem jego odległość od żródła światła a=23,5cm. Ekran umieściliśmy w pozycji 55cm, zatem jego odległośc od żródła światła b=51,5cm. Zmierzmy teraz wielkość cienia na ekranie. Przy stoliku 7cm, w naszym eksperymencie wynosi ona 15,3cm.
Zatem: a/b=23,5/51,5=0,456 oraz h₁/h=7/15,3=0,457, co daje całkiem dobry wynik.

Zamiast stolika można wykorzystać różne przesłony rzucające cień na ekran. Między źródłem światła a ekranem umieszczamy np. szybkę szklaną. Na ekranie wyraźnie rysuje się kontur szyby. Szkło, chociaż przeźroczyste, również rzuca cień. Jeżeli złożymy kilka kawałków szkła tak, aby wystawały jeden zza drugiego i zobaczymy cień na ekranie, to łatwo rozróżnimy, które obszary cienia pochodzą od pojedynczej szybki, które od podwójnej, itd.

Napełniamy naczynie wodą i stawiamy je na stoliku w odległości kilkunastu centymetrów od ekranu. Ekran pozostawiamy tak, jak w poprzednim doświadczeniu. Na ekranie powstaje cień nie tylko ścianek naczynia, ale także i wody. Wpuśćmy do wody kroplę atramentu i obserwujmy cień na ekranie. Cień staje się wyraźniejszy. Wlejmy do wody mleko, rozmieszajmy i obserwujmy cień na ekranie. Dolewamy mleka. Cień staje się wyraźniejszy, bardziej nasycony, znikają na ekranie cienie pochodzące od rys naczyńka. Światło przechodzące przez wodę, w której znajdują się cząsteczki ciał stałych, grudki tłuszczu, ulega silnemu rozproszeniu i nie przechodzi przez wodę z mlekiem w takim stopniu, jak przez czystą wodę.

Oto wnioski z naszych doświadczeń:

• ciała nieprzeźroczyste tworzą cień o wyraźnych konturach i ciemnej barwie
• im większa grubość ciała przeźroczystego, tym ciemniejsza barw cienia
• ciecze przeźroczyste tworzą także cień
• obecność ciał stałych w cieczach w formie zawiesiny rozprasza światło przechodzące przez ciecz
• zjawisko powstawania cienia wykorzystujemy do projekcji cieniowej

Zobacz ofertę handlową »