1. Remind what conditions must be met to form a shadow. 2. Remind the laws of reflectionreflectionreflection and refraction of light. 3. Remind how spherical mirrors work. 4. You certainly know what the microscope is and what it is for. And have you heard about a mirascopemirascopemirascope? If not, search on the Internet for an explanation of what it is and what it is for. 5. Remind, under what conditions the phenomenon of total internal reflectiontotal internal reflectiontotal internal reflection takes place and what it is.
Many problems and phenomena encountered in everyday life can be explained using geometrical optics. It assumes that light propagates in a straight line. The basic laws that accompany the propagation of light are the law of reflectionreflectionreflection and refractionrefractionrefraction.
Each of us has its shadow and we are not able to get rid of it. Once it is longer and once shorter and does not make any impression on us. Sometimes, however, it can be supernaturally large and terrifying. It is worth knowing that it still belongs to us and you should not be absolutely afraid of it.
The Brocken spectreBrocken spectreBrocken spectre, that is our own large shadow, often surrounded by a rainbow rim - glorygloryglory, is most often observed during hiking in the mountains, but it can also occur in other places. Various legends and superstitions are connected with it.
To observe the Brocken spectre, clouds or dense fog and the Sun are needed.
R1OiD7t2snPeg
Na zdjęciu, w górskiej, mglistej scenerii, widać duży cień człowieka, wokół głowy którego znajduje się tęczowa obwódka, zwana glorią.
Take a look at the picture of the Brocken spectreBrocken spectreBrocken spectre and explain how the Sun, clouds or fog and observer must be aligned with respect to each other to observe this phenomenon.
The Sun must be behind the observer's back, and in front of it clouds or fog create a background on which the shadow appears. Make a sketch of the solution.
R1Mte0BOVfjhE
Na ilustracji interaktywnej przedstawione jest schematycznie powstawanie zjawiska widma Brockenu. Zaznaczona jest pozycja Słońca opisanego numerem 1, człowieka oraz jego cień otoczony glorią opisaną numerem 2. Cień jest widziany na tle mgły opisanej numerem 3. Narysowana jest linia od środka Słońca przechodząca przez czubek głowy człowieka, do czubka głowy cienia. Na dole obrazka napis Brocken spectre (observer’s shadow). Na ilustracji widoczne są numery, a na nich podpisy. 1. Sun {audio}, 2. glory {audio}, 3. fog or cloud {audio}.
Na ilustracji interaktywnej przedstawione jest schematycznie powstawanie zjawiska widma Brockenu. Zaznaczona jest pozycja Słońca opisanego numerem 1, człowieka oraz jego cień otoczony glorią opisaną numerem 2. Cień jest widziany na tle mgły opisanej numerem 3. Narysowana jest linia od środka Słońca przechodząca przez czubek głowy człowieka, do czubka głowy cienia. Na dole obrazka napis Brocken spectre (observer’s shadow). Na ilustracji widoczne są numery, a na nich podpisy. 1. Sun {audio}, 2. glory {audio}, 3. fog or cloud {audio}.
Each of us has at home plane mirrors, or ordinary mirrors. In some of them, we can see ourselves completely, in others we see ourselves only partially. They are usually made of glass coated with a thin layer of aluminium.
Ewa wants to buy a new mirror for her room. Until now, she had only one in which she could see herself halfway. That is why she is interested in choosing the height of a new mirror so that she can see in it the reflection of her entire body.
Ewa is 170 cm tall. Knowing that human eyes are placed on average 10 cm below the top of head, estimate the minimum height of the mirror needed by Ewa.
At what height should the mirror be suspended from the floor?
Ewa's room is relatively narrow - does the distance from which she looks in the new mirror affect how much of her reflectionreflectionreflection she sees?
R4tj9IyvGco3F
Na tle kratkowanej kartki narysowana jest linia opisana wall symbolizująca ścianę, na której ma być zawieszone lustro. Po lewej stronie i w pewnej odległości d od lustra jest schemat stojącej postaci. Długość jednej kratki ma 10 centymetrów.
Where a mirror should be placed?
Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.
RvYuZudh3dUdF
Na rysunku przedstawione jest rozwiązanie problemu z zadania. Na tle kratkowanej kartki narysowana jest linia opisana wall symbolizująca ścianę, na której ma być zawieszone lustro. Po lewej stronie i w pewnej odległości d od lustra jest schemat stojącej postaci. Długość jednej kratki ma 10 centymetrów. Po prawej ściany stronie linią przerywaną narysowane jest symetryczne odbicie schematu postaci, na ścianie odcinek niebieski symbolizujący lustro. Zaznaczone są promienie świetlne wyznaczające pozycję lustra, od czubka głowy do górnego brzegu lustra, od górnego brzegu lustra do oka, od oka do dolnego brzegu lustra, od dolnego brzegu lustra do stopy.
You already know that the mirascopemirascopemirascope is a simple device mainly used for playing. We have here a beautiful example of optical illusion. The structure of the mirascope is not complicated. It consists of two spherical mirrors with the same diameters that face each other. At the top of one of them, the hole is cut out. The cross‑section of the mirascope is shown below.
Inside the mirascope, we place the object and looking at the device at a certain angle, we see an illusionary image of the object floating in the opening of the upper mirror.
The light rays reflected off the object at the vertex of the bottom mirror travel to the surface of the upper mirror. Reflected off it, they reach the bottom mirror, and then they are reflected again and leave the mirascopemirascopemirascope through the top hole creating a real image of the object.
R1OtF3rku1Q61
Na rysunku przedstawiony jest bieg promieni świetlnych w miraskopie, a zarazem zjawiska optycznej iluzji obserwowanej za pomocą tego urządzenia.
Certainly you have often seen a picture of the water surface made by a diving photographer. Or do you remember what you saw while diving in a pool, lake or sea, looking up towards the surface of the water?
Diver looking towards the water surface sees a brighter part in the form of a circle surrounded by a darker space.
R1dnyuA6OSxo9
Na zdjęciu widoczna jest powierzchnia wody z perspektywy podwodnej. W centralnej części jasnego okręgu widać postać nurka. Brzegi okręgu są całkowicie ciemne.
The diver, as well as fish and other animals under water, see everything that is above its surface, but the field of their vision is narrowed to a visibility cone of about 98 degrees. Outside of this cone, the water surface acts like a mirror. The black area visible in the picture is a reflection of the bottom. If the bottom is deep, its details are not visible. If a water reservoir is relatively shallow, around the bright circle we will see the reflectionreflectionreflection of everything that is on the bottom.
This effect is the result of the phenomena of total internal reflectiontotal internal reflectiontotal internal reflection. The angle of incidence called the critical angle, above which the light rays are not able to leave the water to pass to the air, is 48,6 degrees for water‑air media boundary. The total internal reflection takes place only when the ray passes from a more optically dense medium to a less optically dense medium.
The diameter of the image that we see on the surface of the water depends on the depth at which we are (the height of the visibility cone).
R1Ys1TXnPqpaT
Na rysunku przedstawione jest zjawisko załamania dla promienia przechodzącego z ośrodka gęstszego, opisanego water n z indeksem dolnym 1, do rzadszego opisanego air n z indeksem dolnym 2, dla trzech przypadków. Pierwszy: kąt padania jest mniejszy od kąta granicznego, opisane są promienie incident ray i reflected ray. Drugi opisany critical angle: kąt padania jest równy kątowi granicznemu, promień załamany jest na granicy ośrodków. trzeci opisany total internal reflection: kąt padania jest większy niż kąt graniczny, promień załamany nie przechodzi do drugiego ośrodka.
Critical angle and total internal reflection
Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.
R1Weo9vzhjdUr
Na rysunku a po lewej na tle nieba z chmurami przedstawiona jest od lewej plaża, na brzegu leży kolorowa piłka, woda, po prawej plaża na brzegu palma. W wodzie na środku obrazka narysowana linia przerywana pionowa, pod nią oko skierowane do góry. Narysowane są strzałki symbolizujące promienie. Strzałka pozioma w prawo na powierzchni wody od piłki, następnie od jej końca do oka. Zaznaczony kąt 49 stopnie między tą strzałką a linią. Od piasku po lewej stronie do strzałki poziomej, od tego miejsca do oka. Strzałka pozioma w lewo na powierzchni wody od palmy, następnie od jej końca do oka. Zaznaczony kąt 49 stopnie między tą strzałką a linią. Od piasku po prawej stronie do strzałki poziomej, od tego miejsca do oka. Na rysunku b po prawej czarny kwadrat, w którego środku w nieregularnym kształcie zbliżonym do koła narysowane jest niebo, chmury, po lewej stronie kolorowa piłka, po prawej palma. Nurek, jak również ryby i inne zwierzęta będące pod wodą, widzą wszystko, co znajduje się nad jej powierzchnią, lecz pole ich widzenia jest zawężone do stożka widzialności o rozwartości ok. 98 stopni. Poza tym stożkiem powierzchnia wody działa jak lustro. Czarny obszar, widoczny na zdjęciu jest odbiciem dna. Jeśli jest ono głęboko położone, nie widać jego szczegółów. Jeśli zaś w zbiorniku wodnym jest stosunkowo płytko, wokół jasnego kręgu zobaczymy odbicie wszystkiego, co znajduje się na jego dnie. Efekt ten jest wynikiem zjawiskiem całkowitego odbicia wewnętrznego. Kąt padania zwany kątem granicznym, powyżej którego promienie świetlne nie są w stanie opuścić wody, by przejść do powietrza, wynosi dla ośrodków woda‑powietrze 48,6 stopni. Całkowite odbicie wewnętrzne ma miejsce wyłącznie wtedy, gdy promień przechodzi z ośrodka optycznie gęstszego do rzadszego.
Many of the optical phenomena that we encounter in everyday life can be explained by the laws of geometrical optics.
Exercises
R1R8HSncofK8t
Exercise 5
Wersja alternatywna ćwiczenia: Determine which sentences are true. Możliwe odpowiedzi: 1. The Brocken spectre is created during sunny, cloudless weather., 2. The further we stand from a plane mirror, the more we can see from our reflection., 3. The mirascope is used to view objects at a considerable magnification., 4. Water is a denser optical medium than air.
Wersja alternatywna ćwiczenia: Determine which sentences are true. Możliwe odpowiedzi: 1. The Brocken spectre is created during sunny, cloudless weather., 2. The further we stand from a plane mirror, the more we can see from our reflection., 3. The mirascope is used to view objects at a considerable magnification., 4. Water is a denser optical medium than air.
Determine which sentences are true.
The Brocken spectre is created during sunny, cloudless weather.
The further we stand from a plane mirror, the more we can see from our reflection.
The mirascope is used to view objects at a considerable magnification.
Water is a denser optical medium than air.
Exercise 6
Search in available sources, what is the difference between the two optical phenomena: glory and corona.
Exercise 7
Explain in English what the phenomenon of total internal reflection is.
R1ealxPCXfP81
Exercise 8
Wersja alternatywna ćwiczenia: Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly. Możliwe odpowiedzi: 1. widmo Brockenu - Brocken spectre, 2. miraskop - mirascope, 3. całkowite wewnętrzne odbicie - total internal reflection, 4. stożek widzialności - Snell’s window, 5. załamanie - glory, 6. gloria - refraction
Wersja alternatywna ćwiczenia: Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly. Możliwe odpowiedzi: 1. widmo Brockenu - Brocken spectre, 2. miraskop - mirascope, 3. całkowite wewnętrzne odbicie - total internal reflection, 4. stożek widzialności - Snell’s window, 5. załamanie - glory, 6. gloria - refraction
Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly.
widmo Brockenu - Brocken spectre
miraskop - mirascope
całkowite wewnętrzne odbicie - total internal reflection
stożek widzialności - Snell’s window
załamanie - glory
gloria - refraction
zadanie
Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.
R14lp6d12AWUo1
Interaktywna gra, polegająca na łączeniu wyrazów w pary w ciągu jednej minuty. Czas zaczyna upływać wraz z rozpoczęciem gry. Jeden ruch to odkrywanie najpierw jednej potem drugiej karty z wyrazem. Każdy wyraz jest odczytywany. Kolejny ruch to odkrywanie trzeciej i czwartej karty. W ten sposób odsłuchasz wszystkie wyrazy. Nawigacja z poziomu klawiatury za pomocą strzałek, odsłuchiwanie wyrazów enterem lub spacją. Znajdź wszystkie pary wyrazów.
Interaktywna gra, polegająca na łączeniu wyrazów w pary w ciągu jednej minuty. Czas zaczyna upływać wraz z rozpoczęciem gry. Jeden ruch to odkrywanie najpierw jednej potem drugiej karty z wyrazem. Każdy wyraz jest odczytywany. Kolejny ruch to odkrywanie trzeciej i czwartej karty. W ten sposób odsłuchasz wszystkie wyrazy. Nawigacja z poziomu klawiatury za pomocą strzałek, odsłuchiwanie wyrazów enterem lub spacją. Znajdź wszystkie pary wyrazów.
Match Polish terms with their English equivalents.
corona
wieniec
gloria
glory
miraskop
załamanie
stożek widzialności
mirascope
Snell’s window
refraction
Source: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.
