Κατανόηση οπτικών ινών με απλά υλικά

Overview

Goals

Συντάκτης προβλήματος: Paraskevas Lazaridis Ο κύριος στόχος σε αυτό το πρόβλημα είναι να μάθουν οι μαθητές πώς λειτουργεί ένα καλώδιο οπτικών ινών, αλλά και πώς μπορούν να αποστέλλονται και να λαμβάνονται πληροφορίες μέσω αυτού. Αυτό μπορεί να αποδειχθεί μέσω ενός απλού πειράματος / προσομοίωσης, χρησιμοποιώντας δύο κουβάδες νερού και δείκτη λέιζερ.

Learning Objectives

Ενώ εργάζονται για αυτό το πρόβλημα οι μαθητές θα μάθουν για: - Τη συνολική εσωτερική ανάκλαση (η συνολική αντανάκλαση ενός περιστατικού κύματος σε επαρκώς λοξή γωνία στη διεπαφή μεταξύ δύο μέσων, από τα οποία το δεύτερο ("εξωτερικό") μέσο είναι διαφανές σε τέτοια κύματα αλλά έχει υψηλότερη ταχύτητα κύματος από το πρώτο ("εσωτερικό") μέσο - Την κρίσιμη γωνία (η μικρότερη γωνία πρόσπτωσης που δίνει ολική αντανάκλαση) - Το νόμο του Snell (ένας τύπος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τη σχέση μεταξύ των γωνιών πρόσπτωσης και διάθλασης, όταν αναφέρεται σε φως ή άλλα κύματα που διέρχονται από ένα όριο μεταξύ δύο διαφορετικών ισοτροπικών μέσων, όπως νερό, γυαλί ή αέρα) - Το ευρετήριο διάθλασης (ένας αδιάστατος αριθμός που περιγράφει πόσο γρήγορα το φως ταξιδεύει μέσω του υλικού)

Context

Μια οπτική ίνα είναι μια εύκαμπτη, διαφανής ίνα κατασκευασμένη με σχεδίαση γυαλιού (σίλικα) ή πλαστικού σε διάμετρο ελαφρώς παχύτερη από εκείνη των ανθρώπινων μαλλιών. Χρησιμοποιείται συχνότερα ως μέσο για τη μετάδοση φωτός μεταξύ των δύο άκρων της ίνας και για ευρεία χρήση στις επικοινωνίες οπτικών ινών λόγω των πολλών πλεονεκτημάτων της. Αυτό το πρόβλημα στοχεύει να βοηθήσει τους μαθητές να κατανοήσουν καλύτερα την ιδέα του δημιουργώντας μια απλοποιημένη έκδοση.