Optics Light Lab: Ray Tracing
Optics Light Lab: Ray Tracing — Симулятор оптики, где зеркала, линзы и призмы прокладывают путь каждому лучу
Optics Light Lab: Ray Tracing — бесплатный симулятор оптики для Android, который превращает геометрическую оптику в интерактивный опыт. Размещайте зеркала, линзы и призмы на 3D-оптическом стенде, а движок трассировки лучей пересчитывает каждое отражение и преломление по мере их перемещения. 38 уроков, 18 лабораторных работ и 50-уровневая серия лазерных головоломок проверяются тем же движком, а всё приложение работает офлайн.
- Цена
- Бесплатно, обновление до Pro
- Платформы
- Android
- Языки
- 10
Радуга рассчитывается, а не рисуется.
Переключите лазер на белый свет и направьте его на призму — один луч разделится на семь отдельных отслеживаемых длин волн, каждая из которых отклоняется в соответствии со своим показателем преломления. Под готовой траекторией нет заранее отрисованного пути, поэтому при ошибке в угле вы сразу видите, насколько именно промахнулись.
Что это
Optics Light Lab: Ray Tracing — бесплатное приложение для Android, помогающее изучать геометрическую оптику с помощью симулятора трассировки лучей в реальном времени. В нём есть 38 уроков в четырёх мирах (Отражение и преломление, Линзы и зеркала, Дисперсия и цвет, Глубокая оптика), 18 лабораторных работ на оптическом стенде, 4 интерактивные симуляции, песочница с 9 типами элементов и 15 оптическими материалами, а также 50 лазерных головоломок. Все уроки, схемы, лабораторные работы и головоломки хранятся на устройстве, поэтому приложение работает офлайн.
В приложении
Как это выглядит
Основы
Как зеркала, линзы и призмы преломляют свет и что такое трассировка лучей?
Геометрическая оптика рассматривает свет как лучи, распространяющиеся по прямым линиям, пока не встретят поверхность. От зеркала луч отражается так, что угол падения равен углу отражения, а на границе двух материалов, например воздуха и стекла, преломляется в соответствии с законом Снеллиуса. Трассировка лучей — это метод отслеживания каждого луча через все поверхности, которых он касается. Благодаря этому компьютер может показать, где линза сфокусирует луч или как призма разделит белый свет на цвета. Поскольку правила точны, симулятор может проверить ваш ответ, проследив путь луча и определив, попал ли он в цель.
Закон отраженияугол падения равен углу отражения
Луч, падающий на гладкую поверхность, уходит под тем же углом, под которым пришёл, если измерять от нормали — линии, перпендикулярной поверхности. Частая ошибка — измерять угол от самой поверхности зеркала.
Закон Снеллиуса и показатель преломлениякак свет преломляется при входе в стекло
При переходе света из одного материала в другой меняются его скорость и направление. Показатель преломления каждого материала — от льда до алмаза — определяет степень преломления, причём больший показатель сильнее отклоняет луч.
Формула тонкой линзыгде линза создаёт изображение
Для тонкой линзы 1/f равно 1/do плюс 1/di — это связывает фокусное расстояние f с расстоянием до объекта и расстоянием до изображения. Формула объясняет, почему собирающая линза может создавать увеличенное, уменьшенное, прямое или перевёрнутое изображение в зависимости от положения объекта.
Дисперсия и полное внутреннее отражениеразложение цветов и удержание света
Дисперсия возникает потому, что показатель преломления немного различается для каждого цвета, поэтому призма отклоняет синий свет сильнее красного. При превышении критического угла внутри более плотного материала свет не может выйти наружу и полностью отражается — этот принцип используется в оптических волокнах.
Как это работает
Как урок и лабораторная работа дополняют друг друга
Каждый урок сочетает краткое объяснение с живым оптическим стендом, поэтому правило и его наглядная демонстрация появляются одновременно.
Изучайте правило по схеме
Каждый урок объясняет одну идею, например закон отражения, с помощью рисованной от руки схемы и вопроса для мгновенной проверки. Предупреждения указывают на типичные ошибки, например измерение от неправильной линии.
Перемещайте оптические элементы на стенде
Поворачивайте зеркало, меняйте линзу или помещайте призму на пути луча. Трассировщик лучей пересчитывает траекторию в реальном времени, а ползунки для закона Снеллиуса, тонкой линзы, критического угла и дисперсии призмы показывают соответствующие значения по мере перемещения.
Подтвердите знания лабораторной работой или головоломкой
Лабораторные работы внутри уроков проверяются тем же движком, который рисует луч. В головоломках нужно направить лазер в цель, вращая и размещая оптические элементы: от задач с одним зеркалом до лестниц из трёх зеркал с отвлекающими призмами и блокираторами.
Что внутри
Что есть в приложении
38
Уроков в 4 мирах
Отражение и преломление, Линзы и зеркала, Дисперсия и цвет, а также Глубокая оптика — темы включают закон Снеллиуса, вогнутые и выпуклые зеркала, формулу тонкой линзы и полное внутреннее отражение.
50
Лазерных головоломок
Серия световых лабиринтов, каждый уровень которой движок проверяет на возможность прохождения ещё до выпуска.
18
Лабораторных работ на оптическом стенде
Практические задания, встроенные в уроки и проверяемые движком трассировки лучей, который рисует траекторию луча.
9
Типов элементов в песочнице
Плоские, вогнутые и выпуклые зеркала, собирающие и рассеивающие линзы, призмы, блокираторы, цели и лазер. Перетаскивайте элементы для вращения сцены, масштабируйте жестом сведения пальцев и сохраняйте созданные схемы, чтобы открывать их позже.
15
Реальных оптических материалов
От льда до алмаза — у каждого свой показатель преломления. Замените стекло в призме и наблюдайте, как спектр расширяется или сужается.
AI
AI-репетитор
Попросите объяснить, что происходит на вашем стенде, или дать подсказку, если вы застряли на головоломке. Бесплатным аккаунтам доступно 2 объяснения и 1 подсказка в день.
Подходит
Кому это подходит — а кому нет
Подойдёт, если вы
- Изучаете физику и хотите увидеть, как линза преломляет свет, а не просто заучивать формулу
- Преподаёте оптику или занимаетесь с учениками и хотите предоставить им стенд, параметры которого они смогут менять и проверять самостоятельно
- Любите игры-головоломки и наводить лазер с помощью зеркал
- Хотите понять, почему призма создаёт радугу и как работает полное внутреннее отражение
- Вам нужно учиться без подключения к интернету, поскольку весь контент доступен офлайн
Это не тот инструмент, если вы
- Вам нужно приложение для iPhone, поскольку сейчас приложение доступно только на Android
- Вам нужны волновая оптика, например интерференция и дифракция, поскольку приложение посвящено геометрической оптике
- Рассчитываете, что все четыре мира и все 50 головоломок будут бесплатными: Мир 1 и первые 10 уровней бесплатны, а Pro открывает остальные
- Не любите рекламу, поскольку бесплатная версия показывает рекламу между экранами
Вопросы
Часто задаваемые вопросы
Какое приложение лучше всего подходит для изучения оптики и трассировки лучей на телефоне?
Симулятор оптики позволяет менять конфигурацию и наблюдать за реакцией света. Optics Light Lab: Ray Tracing объединяет 38 коротких уроков с интерактивным 3D-оптическим стендом, где движок трассировки лучей заново рассчитывает каждое отражение и преломление, когда вы перемещаете зеркала, линзы и призмы. Приложение можно бесплатно начать использовать на Android, и оно работает офлайн.
Что такое геометрическая оптика?
Геометрическая оптика представляет свет как лучи, которые движутся по прямым линиям и меняют направление только на поверхностях — при отражении и преломлении. Она объясняет работу зеркал, линз, призм и простых оптических приборов. Optics Light Lab: Ray Tracing обучает этому в четырёх мирах — от «Отражения и преломления» до «Глубокой оптики».
Как призма расщепляет белый свет на цвета?
Показатель преломления стекла для синего света немного выше, чем для красного, поэтому каждый цвет отклоняется от поверхности на разную величину. Это называется дисперсией. В Optics Light Lab: Ray Tracing можно переключить лазер на белый свет и увидеть, как один луч превращается в веер из семи отдельно трассируемых длин волн.
Нужно ли знать закон Снеллиуса, прежде чем начать?
Нет. Мир 1 постепенно знакомит с материалом — от закона отражения до закона Снеллиуса — с помощью схем и мгновенных проверок, превращая заученную формулу в то, что можно проверить на практике. В Optics Light Lab: Ray Tracing также есть ползунок закона Снеллиуса, который рассчитывает собственные показания при его перемещении.
Что такое лазерные головоломки?
В приложении 50 уровней, на которых нужно направить лазер на цель, вращая и размещая оптические элементы. На первых уровнях используется одно зеркало, а на более поздних — два или три зеркала, призмы-приманки и блокираторы. Optics Light Lab: Ray Tracing оценивает каждый уровень с помощью того же движка трассировки лучей и проверяет, что каждый уровень можно пройти.
Работает ли Optics Light Lab: Ray Tracing офлайн?
Да. Каждый урок, схема, лаборатория и головоломка сохранены на устройстве, поэтому перелёт или пропавший сигнал не прервут занятие. Единственная функция, которой нужно подключение, — ИИ-репетитор, отвечающий на вопросы.
Что делает ИИ-репетитор?
Он объясняет, что происходит на вашем стенде, и даёт подсказку, если вы застряли на головоломке. В Optics Light Lab: Ray Tracing бесплатная версия включает 2 объяснения от ИИ и 1 подсказку для головоломки в день, а Pro снимает эти ограничения.
Optics Light Lab: Ray Tracing — бесплатное приложение?
Приложение бесплатно в Google Play и показывает рекламу между экранами. Бесплатная версия включает весь Мир 1 (10 уроков и 5 лабораторий), уровни головоломок с 1 по 10, песочницу с 5 элементами и 3 сохранёнными стендами, 2 объяснения от ИИ и 1 подсказку в день. Pro открывает Миры 2–4 (ещё 28 уроков и 13 лабораторий), уровни с 11 по 50, неограниченную песочницу и неограниченную помощь ИИ, а также убирает рекламу.
Есть ли версия для iPhone?
Пока нет. Optics Light Lab: Ray Tracing доступно на телефонах и планшетах Android через Google Play, и эта страница содержит ссылку только на эту версию.
Какие языки поддерживаются?
Приложение и эта страница доступны на 10 языках, а в приложении повсюду можно выбрать светлую или тёмную тему.
Начать
Поставьте зеркало на пути луча и посмотрите, что произойдёт
Можно бесплатно начать использовать на Android, доступно на 10 языках.
Другие приложения CoddyKit
Доступно на Android.