1.Verificarea legilor reflexiei luminii la oglinzi plane Principiul metodei:

1. EXPERIENŢE SIMPLE DE OPTICĂ – METODA ACELOR CU GĂMĂLIEMocioi Mariana – Grupul Şcolar „Traian Vuia” – Craiova

2. 1.Verificarea legilor reflexiei luminii la oglinzi plane Principiul metodei: Se bazează pe proprietatea fundamentală a oginzii plane, care dă o imagine virtuală de aceeaşi mărime cu obiectul şi care apare simetrică în raport cu suprafaţa oglinzii. Materiale necesare: • o oglindă plană M dreptunghiulară, cu suport de susţinere; • o foaie de hârtie aşezată cu pioneze pe o planşetă mare; • patru ace de gămălie; • un raportor pentru măsurat gradele; • un echer. Modul de lucru: 1. Se aşează oglinda M perpendicular pe foaia de hârtie de pe planşeta M. 2. Se înfig pe hârtie, perpendicular pe planşetă, două ace cu gămălie A şi B în două puncte oarecare, astfel încât, privindu-le, să se acopere unul pe celălalt, iar direcţia lor de aşezare să fie oblică faţă de intersecţia oglinzii M cu planul P. Imaginea acestor ace se vede în oglindă în punctele A´ şi B´.

3. 3. Privindu-se de partea cealaltă a oglinzii, dar tot în faţa ei, se înfig perpendicular pe planşetă alte două ace cu gămălie C şi D astfel ca ele să apară că se acoperă unul pe celălalt, iar direcţia poziţiilor lor să se găseas-căîn prelungirea direcţiei imaginilor A` şi B`.

4. 4. După ce se desenează pe planul hârtiei urma MM´ pe care o lasă oglinda pe hârtie, se îndepărtează oglinda. 5. Apoi se uneşte urma pe hârtie a fiecărui ac astfel: A cu B şi C cu D, iar în punctul I se întâlnesc direcţiile oblice AB, raza incidentă şi CD, raza reflectată. Cu ajutorul echerului se ridică în I perpendiculara IN, adică normala. Se repetă lucrarea de mai multe ori, variindu-se înclinarea direcţiei acelor faţă de intersecţia pglinzii cu hârtia de pe planşetă. Se alcătuieşte un tabel de rezultate care cuprinde: nr.det. / i / r / i-r / media / erori / observaţia Calculul mărimilor: Cu ajutorul raportorului se măsoară unghiul de incidenţă AIN = i şi unghiul de reflexie DIN = r şi apoi se compară valorile lor, constatându-se că sunt întotdeauna egale între ele şi că dreptele AB şi CD sunt simetrice.

5. 2. Reflexia luminii în oglinda plană care se roteşte cu un unghi oarecare în jurul unei axe în planul său: Principiul de bază: Ţine cont de relaţia care există între unghiul cu care se roteşte raza reflectată dată de o oglindă plană, atunci când oglinda se roteşte cu un unghi oarecare, în timp ce raza incidentă rămâne fixă. Materiale necesare: • o foaie de hârtie prinsă cu pioneze, pe o panşetă P; • o oglindă plană dreptunghiulară M cu un suport la spate; • ace cu gămălie; • un raportor; • un echer. Modul de lucru: 1. Atât oglinda cât şi acele cu gămălie înfipte în planşetă sunt perpendiculare pe aceasta. 2.În faţa oglinzii M se fixează perpendicular pe hârtie două ace cu gămălie A ş B, situate pe aceeaşi oblică, faţă de oglindă. 3. De cealaltă parte a oglinzii, dar tot în faţa ei, puţin lateral, se fixează alte două ace cu gămălie C şi D pe o direcţie care să se găsească în prelungirea direcţiei imaginilor A1 şi B1 a acelor A şi B.

6. 4. Se desenează urma MM1 pe care o lasă oglinda M pe hârtie. 5. Cu echerul se duce dreapta MM1 şi se măsoară unghiul de incidenţă AIN = i şi unghiul NID = r. 6. După aceea se roteşte oglinda M în poziţia M1 cu un unghi oarecare în jurul punctului I, lăsându-se înfipte pe locul lor acele A şi B.

7. 7. Acum se fixează din nou pe hârtie acele C şi D dar în noile poziţii C1 şi D1 şi pe o direcţie care să fie în prelungirea direcţiei noilor imaginii A1´ şi B1´ ale acelor A şi B în raport cu noua poziţie a oglinzii M. 8. Se desenează noua urmă MM1´ pe care o lasă oglinda M1 pe hârtie. Se duce normala IN1 pe urma MM1´ şi direcţia C1D1 a poziţiei acelor C1 şi D1. Unghiul de rotaţie a razei reflectate din poziţia DCI în poziţia C1D1I este unghiul DID1. 9. După aceea, se măsoară cu raportorul unghiul format de cele două raze reflectate R1R, precum şi unghiul de rotire a oglinzii. Calculul mărimilor: Se observă că atunci când oglinda se roteşte din poziţia M în poziţia M1 cu un unghi, la fel se întâmplă şi cu normla IN. Raza reflectată IR se roteşte cu unghiul : R1IR = SIR1 – SIR = 2i1 – 2i. Unghiul R1IR = 2 (i + α ) – 2i = 2α, adică unghiul razelor reflectate este dublul unghiului cu care se roteşte oglinda.

8. 3. Verificarea legilor refracţiei luminii în prismă Principiul de bază: Prisma este un mediu transparent limitat de două feţe plane şi neparalele. Intersecţia acestor feţe este o dreaptă care se numeşte muchia prismei, iar unghiul diedru al celor două feţe constituie unghiul prismei. Nu toate razele luminoase care intră într-o prismă ies prin faţa cealaltă a prismei. Pentru ca o rază luminoasă să iasă din prismă trebuie satisfăcute două condiţii numite condiţii de emergenţă. Materiale necesare: • planşetă cu o foaie de hârtie albă fixată pe ea; • o prismă de sticlă triunghiulară; • patru ace cu gămălie; • un raportor.

9. Modul de lucru: Se aşează prisma pe hârtia de pe planşetă, cu muchiile perpendiculare pe planul hârtiei. După această operaţie se desenează pe hârtie conturul secţiunii principale a prismei, adică a secţiunii perpendiculare pe muchia prismei care este dreapta de intersecţie a celor două feţe ale prismei. Se materializează direcţia razei de lumină SI, care ar cţdea oblic pe faţa aer-aticlă, prin două ace cu gămălie A şi B.

10. După aceea se potrivesc dinspre cealaltă faţă sticlă-aer a prismei, imaginile A´ şi B´, ale acelor cu gămălie A şi B, fixându-se pe aceea direcţie alte două ace cu gămălie C şi P, astfel încât direcţia acstor două ace să fie cât mai exact în prelungirea imaginilor celor două ace A´ şi B´. Se desenează conturul suprafeţei de contact al prismei cu hârtia şi apoi se îndepărtează prisma de pe coala de hârtie. Prin linii trase cu creionul se fixează direcţia acelor AB şi CP. Se prelungesc aceste direcţii până linia de conturului secţiunii principale a prismei, obţinâmdu-se punctele de incidenţă I şi I1. Se unesc punctele I şi I1 în care se duc normalele IN şi I1N1 .Cu ajutorul raportorului se măsoară unghiurile i1 şi r2, i2 şi r1, precum unghiul prismei A şi unghiul de deviaţie D pe care o suferă raza incidentă. Se alcătuieşte tabelul de date şi rezultate cu următoarele coloane: nr.det. / i1 / r2 / i2 / r1 / A / D / l / media / erori / obs.

11. Calculul mărimilor: Se folosesc formulele prismei, care se exprimă astfel: sin i1 = sin r2 n sin r1 = sin i2 n r2 + i2 = A D = i1 + r1 – A, cu i1 şi r1 – unghiul de incidenţă şi de emergenţă; r2 şi i2 – unghiul de refracţie şi incidenţă în interiorul prismei; D – unghiul de deviaţie. Totodată se poate calcula şi unghiul de deviaţie D = ( n – 1 ) A, adică el depinde de unghiul prismei şi nu depinde de unghiul de incidenţă atât timă cât acest unghi este destul de mic şi unghiul limită sin l = 1 / n. La minimul de deviaţie r2 – i2 = rm şi i1 – r1 = im, adică raza incidentă şi convergentă sunt simetrice în raport cu bisectoarea unghiului prismei A, raza intermediară I I1 fiind normală la bisectoare. În acest caz: rm = A / 2 ; Dm = 2im – A => im = (Dm + A) / 2 ; sin im = n sin rm => sin ( A + Dm)/2 = n sin A / 2 => n = sin (A + Dm) / 2 : sin A / 2. Deviaţia trece printr-un minim atunci când unghiul de incidenţă este egal cu unghiul de convergenţă.

12. 4. Determinarea mărimii deplasării unei raze emergente faţă de o rază incidentă care străbate o lamă transarentă cu feţe paralele: Principiul de bază: O lamă cu feţe plan paralele este un mediu transparent sau refringent mărginit de două feţe plane paralele, delimitând trei medii transparente, de exemplu aer-sticlă-aer. Dacă i1 este unghiul de incidenţă pe suprafaţa de separare aer-sticlă şi r2 unghiul de refracţie în lamă, după legea lui Descartes se poate scrie: . sin i1 / sin r2 = n La trecerea razei luminoase din lamă în aer, pe faţa a doua de separare sticlă-aer, tot după legea lui Descartes se poate scrie: sin i2 / sin r1 = 1 / n Se înmulţesc, membru cu membru, cele două relaţii şi pentru că r2 = r1 ca unghiuri alterne, se obţine : sin i1 / sin r2 * sin i2 / sin r1 = 1 => sin i1 = sin r1 şi deci i1 = r1. Se constată că raza emergentă nu-şi schimbă direcţia, ci numai se deplasează lateral. Această deplasare este dată de: d = e * sin(i - r) : cos r în care d =deplasarea razei emergente, e = grosimea lamei.

13. Materiale necesare:- o lamă de sticlă cu feţe plan paralele şi cu muchiile linii drepte;- o foaie de hârtie albă fixată pe o planşetă;- patru ace cu gămălie. Modul de lucru: 1. Se aşează lama cu feţe plan paralele pe planşeta care conţine hârtia albă;

14. 2. În două puncte oarecare şi în faţa lamei se înfig două ace cu gămălie A şi B. Aceste ace materializează direcţia unei raze incidente SI care cade oblic pe suprafaţa aer-sticlă. 3. După aceasta, de partea cealaltă a lamei se îmfig două ace cu gămălie C şi D în aşa fel încât acestea să pară că sunt aliniate perfect în prelungirea direcţiei celorlalte două ace. 4. Se desenează pe hârtie conturul suprafeţei de sprijin al lamelei, precum şi cele două drepte care trec prin punctele A şi B şi prin punctele C şi D şi care reprezintă raza incidentă, respectiv raza conjugată, emergentă. 5. Se prelungesc dreptele AB şi CD până în punctele I şi I1 şi se duc normalele IN şi I1N1. 6. Cu ajutorul raportorului se măsoară unghiul de incidenţă AIN şi unghiul de emergenţă D I1N1. 7. Se observă drumul razelor de lumină şi se constată că cele două raze SI şi I1R sunt paralele. 8. Se alcătuieşte tabelul de date cu următoarele coloane: Nr.det. / i1 / r1 / i2 / r2 / n / media / erori / obs.