Proiect fizică - Curcubeul

51
Proiect fizică CURCUBEUL Colegiul Naţional “Sfântul Sava” Profesor coordonator: Cristina Pavăl Elev: Uţă Athena Maria

description

Proiect fizica, despre curcubeu, elemente de teorie - prisma optica, fenomene optice, refractie, reflexie, difractie, indice de refractie, lungime de unda, culoare, curcubeu dublu, curcubeu primar, curcubeu secundar, conditii de vizibilitate

Transcript of Proiect fizică - Curcubeul

Page 1: Proiect fizică - Curcubeul

Proiect fizică

CURCUBEUL

Colegiul Naţional “Sfântul Sava”Profesor coordonator: Cristina Pavăl

Elev: Uţă Athena Maria

Page 2: Proiect fizică - Curcubeul

Cuprins

• Prisma optică şi dispersia luminii• Formarea curcubeului• Imagini• Întrebări• Concluzii• Bibliografie

Page 3: Proiect fizică - Curcubeul

Prisma optică şi dispersia luminii

Page 4: Proiect fizică - Curcubeul

• Prisma optică este un element optic transparent, caracterizat de indicele de refracţie absolut n şi de unghiul format de cei doi dioptrii plani care o delimitează de mediu (unghiul prismei).

Page 5: Proiect fizică - Curcubeul

• La descompunerea luminii albe într-un spectru continuu, se remarcă două fenomene:

• Refracţia luminii• Dispersia luminii

Page 6: Proiect fizică - Curcubeul

Refracţia luminii

• Un fascicul de lumină albă trimis pe prima faţă a prismei la un oarecare unghi de incidenţă se va refracta = va trece din aer în sticlă, la acest nivel observându-se descompunerea luminii albe în lungimile de undă componente.

Page 7: Proiect fizică - Curcubeul

• Lumina se propagă în interiorul prismei sub formă de fotoni

• Atunci când întâlneşte un atom din interiorul materialului este absorbit de către acesta (fotonul îi cedează energia atomului)

• Atomul începe să vibreze• Dacă frecvenţa cu care vibrează atomul nu

rezonează cu frecvenţa fotonului, atunci acesta va emite fotonul

• Fotonul se propagă mai departe prin vid, până întâlneşte un alt atom

Page 8: Proiect fizică - Curcubeul
Page 9: Proiect fizică - Curcubeul

• Când lumina ajunge la a doua faţă a prismei, suferă o nouă refracţie

• Separarea luminii albe este mult mai accentuată şi se observă spectrul continuu al luminii albe

Page 10: Proiect fizică - Curcubeul
Page 11: Proiect fizică - Curcubeul

Dispersia luminii

• Este fenomenul de variaţie a indicelui de refracţie cu lungimea de undă

• Determină descompunerea luminii albe în lungimile de undă componente

• Dispersia normală presupune ca indicele de refracţie să crească atunci când lungimea de undă creşte

Page 12: Proiect fizică - Curcubeul

• Fasciculul de lumină albă intră în prismă sub un anumit unghi de incidenţă

• Indicele de refracţie înseamnă capacitatea mediului în care pătrunde lumina de a+i încetini viteza

• Fiecare lungime de undă determină o culoare şi un indice de refracţie diferit (n variază cu lungimea de undă)

• Când lungimea de undă scade, creşte indicele de refracţie, iar acest lucru explică de ce există diferite unghiuri de deviaţie pentru culorile observate

Page 13: Proiect fizică - Curcubeul

• Radiaţia roşie are cea mai mare lungime de undă, deci indicele ei de refracţie va fi mic şi va fi deviată mai puţin, pe când radiaţia violet are cea mai mică lungime de undă şi indicele de refracţie cel mai mare, deci va fi refractată mai mult (unghiul de deviaţie va fi cel mai mare)

Page 14: Proiect fizică - Curcubeul
Page 15: Proiect fizică - Curcubeul
Page 16: Proiect fizică - Curcubeul

Formarea curcubeului

Page 17: Proiect fizică - Curcubeul

• Deşi Newton a fost preocupat şi a studiat în detaliu fenomenele optice de-a lungul vieţii sale, un călugăr german de la începutul secolului al XIV-lea a fost primul om care a descoperit cum se reflectă şi se refractă lumina la contactul cu o picătură de apă. Pentru a-şi susţine ipotezele formulate pe această temă, călugărul a umplut o sferă cu apă, a direcţionat o rază de lumină solară spre aceasta şi a observat separarea luminii albe în culorile curcubeului, precum şi reflexia luminii la contactul cu partea opusă celei prin care raza a intrat în contact cu sfera. Numele călugărului neamţ era Theodoric din Freiburg, iar anul descoperirii şi demonstraţiei sale, 1304.

Page 18: Proiect fizică - Curcubeul

• Curcubeul este un fenomen optic bazat pe refracţia, reflexia şi dispersia luminii

• Picăturile de apă se comportă ca nişte prisme (excepţie făcând reflexia razei de lumină din interiorul acesteia)

Page 19: Proiect fizică - Curcubeul
Page 20: Proiect fizică - Curcubeul

• Pentru a putea observa un curcubeu este nevoie să fie îndeplinite două condiţii. în primul rând este nevoie ca observatorul uman să fie poziţionat între Soare şi picăturile de apă. Stropii mărunţi de apă pot proveni fie de la ploaie, fie din aburul unei cascade sau chiar de la gura unui pulverizator al unui furtun de grădină. A doua condiţie este ca unghiul pe care Soarele, stropii de apă şi ochii observatorului îl formează să fie în intervalul 40-42 grade. De aceea este nevoie ca fenomenul să se producă seara, imediat după ploaie (cand soarele este aproape de orizont).

Page 21: Proiect fizică - Curcubeul
Page 22: Proiect fizică - Curcubeul
Page 23: Proiect fizică - Curcubeul

• Există nenumărate feluri în care o rază de soare poate să treacă printr-o picătură de apă. Fiecare cale este caracterizată de propria depărtare sau apropiere de normală. Este o singură cale a luminii relevantă pentru formarea curcubeelor, şi anume aceea în care lumina se refractă la suprafaţa picăturii, se reflectă în picătură, iar apoi se refractă din nou. O rază de lumină solară intră în picătură cu o traiectorie descendentă. După ce se refractă de două ori şi se reflectă o dată, raza este dispersată şi ajunge la ochiul privitorului. Astfel, rezultă curcubeul, având tradiţional cele 7 culori (ROGVAIV).

• Unghiul de deviaţie dintre raza de lumină incidentă şi raza refractată, care ajunge la privitor este de 40 - 42 grade, iar pentru acest unghi lumina are o intensitate suficient de mare pentru a produce imaginea curcubeului.

Page 24: Proiect fizică - Curcubeul
Page 25: Proiect fizică - Curcubeul

• Curcubeul se formează datorită prezenţei unui număr foarte mare de picături de apă în atmosferă, fiecare jucând rolul de prismă. Acestea sunt capabile să concentreze lumina dispersată la unghiuri de 40 - 42 grade relativ la lumina incidentă de la Soare.

Page 26: Proiect fizică - Curcubeul
Page 27: Proiect fizică - Curcubeul

• Soarele, ochiul privitorului (luate ca puncte) şi centrul arcului de cerc al curcubeului (numit punct antisolar) sunt concentrice, se află pe aceeaşi dreaptă: axa unui con. Dacă se menţine un unghi constant între această axă şi o rază de lumină se obţine suprafaţa unui con. Curcubeul este un arc de cerc obţinut prin secţionarea acestui con. Nu toate picăturile de apă pe care se reflectă razele solare se află în această secţiune. Unele picături sunt mai apropiate, altele mai îndepărtate, dar impresia că acest curcubeu se află într-o secţiune a conului este dat de faptul că unghiul între razele incidente şi cele care ajung la ochiul privitorului este acelaşi şi egal cu unghiul la vârf al conului.

Page 28: Proiect fizică - Curcubeul
Page 29: Proiect fizică - Curcubeul

Curcubeul dublu Curcubeul secundar are spectrul de culori

inversat, este in exteriorul (deasupra) curcubeului original, iar intensitatea sa luminoasă este semnificativ redusă faţă de a primului. Un asemenea fenomen apare atunci când se produce o reflexie suplimentară a luminii în interiorul picăturilor de apă. În loc să se reflecte o singură dată în stropii de apă, lumina se reflectă de două ori, dând naştere unei imagini  mai  pale şi în oglindă a curcubeului primar.

Page 30: Proiect fizică - Curcubeul
Page 31: Proiect fizică - Curcubeul

Imagini

Page 32: Proiect fizică - Curcubeul
Page 33: Proiect fizică - Curcubeul
Page 34: Proiect fizică - Curcubeul
Page 35: Proiect fizică - Curcubeul
Page 36: Proiect fizică - Curcubeul
Page 37: Proiect fizică - Curcubeul
Page 38: Proiect fizică - Curcubeul
Page 39: Proiect fizică - Curcubeul
Page 40: Proiect fizică - Curcubeul
Page 41: Proiect fizică - Curcubeul
Page 42: Proiect fizică - Curcubeul
Page 43: Proiect fizică - Curcubeul
Page 44: Proiect fizică - Curcubeul
Page 45: Proiect fizică - Curcubeul

Întrebări• Care sunt fenomenele care stau la

baza formării curcubeului?• Ce înseamnă dispersia luminii?• Cum trebuie să fie aşezat privitorul

pentru a putea observa curcubeul?• Cum se ajunge la capătul

curcubeului?• Cum se propagă lumina prin interiorul

prismei optice?

Page 46: Proiect fizică - Curcubeul

Întrebări

Page 47: Proiect fizică - Curcubeul

Concluzii

• Formarea curcubeului presupune două condiţii - Soarele trebuie să formeze un unghi de 40 - 42 de grade cu pământul şi să fie în spatele privitorului (adică să fie la apus, iar privitorul trebuie să fie localizat între Soare şi perdeaua de picături de apă) şi este necesar ca în atmosferă să se găsească picături sau vapori de apă

Page 48: Proiect fizică - Curcubeul

• Picăturile de apă refractă lumina solară, o decompun în culorile componente şi o reflectă,apoi o refractă din nou, ajungând la ochii privitorului

• Curcubeul, văzut de pe Pământ are aspect de arc, fiind o secţiune a conului format de axa Soare+ochiul privitorului-punctul antisolar cu razele soarelui (unghiul conului fiind constant, de 40-42 grade) - imaginea secţiunii întregi este blocată de un obstacol -Pământul

• Curcubeul, văzut de la o altitudine suficient de mare, are forma secţiunii unui con

Page 49: Proiect fizică - Curcubeul

• Curcubeul secundar apare atunci când razele de lumină mai suferă o reflexie la nivelul picăturii înainte să iasă

• Are culorile în ordinea inversă (VIAVGOR) şi intensitate mult mai mică decât cel primar

Page 50: Proiect fizică - Curcubeul

Bibliografie• http://www.physicsclassroom.com/class/refrn/Lesson-4/

Dispersion-of-Light-by-Prisms• http://faculty.cord.edu/manning/physics215/studentpages/

genamahlen.html• http://www2.hesston.edu/Physics/Rainbows/

research2_paper.htm• http://commons.wikimedia.org/wiki/

File:Light_dispersion_conceptual_waves.gif• https://physics4everyday.wordpress.com/2013/06/25/

curcubeul/• http://www.scientia.ro/stiinta-la-minut/53-scintilatii-

stiintifice/140-cum-se-formeaza-curcubeul.html• Google.com - imagini• Fizică.Manual pentru clasa a XI a, Constantin Mantea,

Mihaela Garabet, Editura All 2006, 2008

Page 51: Proiect fizică - Curcubeul

Vă mulţumesc!