Elixír do škol - 8. setkání

Ve čtvrtek 10. 4. 2014 proběhlo v budově SPŠST Panská v Malé Štupartské již osmé setkání projektu Elixír do škol, který je podporován Nadací Depositum Bonum. Setkání, které bylo věnováno dalším oblastem optiky, se zúčastnil jako pozorovatel i pracovník Nadace Ondřej Linc.

V úvodu jsem navázal na to, čemu jsme se věnovali minule tím, že jsme od zrcadel přešli k vlastnostem čoček a zobrazení pomocí nich. Pomocí jedné čočky (účastníky setkání jsem nechal určit, který typ to je a proč) jsem promítl na dveře skříně obraz budovy vzdálené od čočky několik desítek metrů. Obraz byl krásně ostrý a společně jsme diskutovali jeho vlastnosti. Pak jsem se pokusil totéž udělat s druhým typem čočky - a na dveřích skříně se neobjevil žádný obraz. Bylo tedy jasné, že první čočkou byla spojka, pomocí níž lze vytvořit skutečný, na stínítko promítnutelný, obraz, zatímco druhou čočkou byla rozptylka. Pak jsem znovu vzal spojku a ptal se, zda můžeme o jejích vlastnostech (např. o ohniskové vzdálenosti) říci něco konkrétnějšího pouze na základě provedeného experimentu. Všichni se shodli, že vzdálenost stěny od čočky je rovna ohniskové vzdálenosti. Ale odpovědi na mou oblíbenou otázku Proč? jsem se nedočkal. Proto jsem rozkreslil zobrazení oběma typy čoček na tabuli, a na základě obrázku jsme důvod vymysleli: předmět (budova) je velmi daleko od čočky, a proto obraz vzniká téměř v ohnisku. Na samostatnou práci účastníků nebo jako materiál pro žáky jsem účastníkům předal pracovní listy na téma zobrazení čočkami.

Od běžných čoček jsme pak přešli k Fresnelově čočce. Tu jsem zmínil nejen jako historickou zajímavost a um techniků první poloviny 19. století (zvýšili účinnost světla majáku a ještě navíc ušetřili materiál), ale také pro její použití v současných technologiích. Na principu Fresnelovy čočky je konstruován jeden typ 3D displejů (mobilních telefonů, tabletů, …). Účastníci si mohli Fresnelovu čočku prohlédnout sami - z vyřazených zpětných projektů jich několik na ukázku mám. Kromě toho jsem ukázal i menší varianty, které se rozdávají jako reklamní předměty či se prodávají jako netradiční lupy. Současně jsem také upozornil na použití technologie Fresnelových čoček u 3D obrázků (pohlednice, reklamní předměty, …).

Bylo by divné, kdybych neměl připraven nějaký „bonbonek“. Tím byl v tomto případě text, který si účastníci měli zkusit číst přes zkumavku naplněnou vodou. Na první pohled nic zajímavého. Kromě toho, že zkumavka (zdánlivě) převracela pouze polovinu textu! Ti, kteří tento experiment znali, si vychutnávali nevědomost a chvilkové tápání ostatních. Ale za několik minut bylo po tajemství a všichni si uvědomili základní geometrický princip, na kterém je tento experiment založen. Na stejném principu pak lze zrealizovat i experiment ve větším provedení se sklenicí vody a šipkou nakreslenou na papír.

Dalším tématem, kterému jsme se věnovali, byla polarizace světla.

„Vím, že to není látka základní školy,“ upozornil jsem účastníky setkání. „V současné době, kdy používáme LCD monitory, LCD displeje, mobilní telefony a další moderní zařízení, se ale žáci mohou ptát, jak tato zařízení fungují. A polarizace světla je jedním z fyzikálních principů, který se v moderních zařízeních využívá.“

Zopakoval jsem tedy velmi stručně základní fakta o polarizaci světla - jak vypadá polarizované světlo a jakým způsobem světlo můžeme polarizovat.

„Vysvětlil jsem to jednoduše, na příměrech z praxe, aby to bylo jasné. Když to pochopíte, ty správné pojmy už k tomu později dodáte sami,“ odůvodnil jsem svoje představy o svazku tyčí prostrkávaných skrz plaňkový plot.

A pak už bylo na účastnících, aby si půjčili polarizační filtry, brýle pro sledování 3D filmů v kině či brýle pro rybáře a zkusili si sami pohrát. K tomu jsem upozornil na další možná využití polarizovaného světla:

Jako překvapení jsem měl připraven upravený LCD monitor. Když jsem ho zapnul, zářil bíle a obraz vidět nebyl. Když jsem ale před monitor umístil polarizační fólii, obraz se objevil. Jak jsem s fólií otáčel kolem vodorovné osy, měnil se barevný vzhled obrazu promítaného monitorem. Tím jsem ukázal několik věcí současně:

Úprava monitoru tedy spočívala v tom, že z něho byla odstraněna polarizační fólie. Není to zcela jednoduché jí odstranit, ale lze to udělat. Za tuto úpravu monitoru děkuji bývalému žákovi školy Františkovi Kubátovi.

Posledním tématem, kterému jsme se věnovali, bylo lidské oko a jeho vlastnosti.

„Nejdříve se podíváme každý sám do svého oka, abyste viděli, jak hloupě je lidské oko vymyšleno,“ začal jsem. Každý účastník dostal tmavou kartičku, ve které byl velmi malý otvor. Tímto malým otvorem se měl každý podívat na jasnou plochu tabule v relativně velké vzdálenosti od oka. Po chvíli uviděl drobné nehomogenity, které plavaly (vznášely se) v zorném poli a rušily tak pohled na jasnou plochu v dáli. Tyto nehomogenity byly vlastně obrazy cév, které vyživují sítnici, případně odumřelé části buněk oka.

„Lidské oko má tu nepříjemnou konstrukční vlastnost, že vyživovací cévy jsou umístěny před sítnicí. Takže se přes všechen ten nepořádek stále díváme. To, že jej nevidíme, je dáno tím, že nevidíme vlastně jen okem, ale okem a mozkem. A mozek vyhodnocuje obraz z obou očí a ta prázdná místa zvládne dopočítat.“

Někteří z účastníků viděli svoje vlastní oko zevnitř poprvé, a tak se docela divili.

„Nebojte se, teď vám rozdám špendlíky,“ usmál jsem se a začal je rozdávat.

„A budeme si jimi píchat do oka, jo?“ zasmál se Radim Kusák.

„Nemusíš hned prozradit pointu,“ zvážněl jsem a rozdával špendlíky dál. Bohužel se ale stala nehoda, kdy jsem nechtěně vysypal celou krabičku špendlíků Martinovi Konečnému za krk.

„Ani se nehnu a přines magnet,“ řekl Martin, zatímco já už běžel do kabinetu pro magnet.

„A doufej, že ty špendlíky jsou magnetické,“ zaslechl jsem ještě něčí poznámku.

Byly magnetické. Podařilo se mi vytáhnout snad všechny. Martinovi jsem se omluvil a byl jsem rozladěný. Tímto způsobem distribuuji po učebně mezi žáky špendlíky velmi často a ještě se mi nestalo, že bych jim je vysypal za krk!

„Teď si vezměte ten špendlík do ruky a držte ho svisle, před něj dejte ten černý papírek a oba předměty držte co nejblíže u oka. A opět se dívejte dírkou na jasnou plochu v dálce. Opatrně posunujte špendlík směrem nahoru a sledujte, co se děje v otvoru v papírku,“ vysvětluji instrukce k dalšímu pokusu.

„To jsem netušil, že s tím špendlíkem budeme opravdu pohybovat před okem,“ usmál se Radim.

„Proto jsem říkal, ať neprozrazuješ pointu,“ řekl jsem.

Tímto jednoduchým experimentem si mohl každý vyzkoušet, že čočka v oku vytváří ve skutečnosti převrácený obraz. Až mozek při porovnání s každodenní realitou, obraz převrací a my tak vnímáme okolní svět správně. K vysvětlení tohoto experimentu jsem použil obrázek z prezentace Petera Žilavého a Jana Koupila, s níž prezentovali před několika lety své postřehy z mezinárodních konferencí.

Pak si účastníci mohli samostatně pohrát s řadou experimentů, které ukazovaly různé optické klamy, princip promítání filmu v kině, 3D obrázky, setrvačnost barevného vjemu lidského oka a další. Účastníky zaujala i zvětšená verze standardního experimentu „rybička v akváriu“, kterou mi pro fyzikální experimentování věnoval kamarád Michael Ott. Na závěr si mohli všichni zkontrolovat pravost bankovek či dokladů v UV záření zářivky. Kromě kousku skla z Jáchymova, který mi zapůjčil kolega, ukázal Martin Konečný hrátky s barevnými zvýrazňovači.

„Jé, ono je už pět,“ ozval se najednou kdosi. Čas určený pro naše setkání vypršel. I tentokráte vypadali účastníci spokojeni a plni (staro)nových nápadů. Průběh setkání si pochvaloval i Ondřej Linc z Nadace Depositum Bonum. V následném rozhovoru, který jsme spolu už mezi čtyřma očima vedli, se svěřil, že na základě experimentu s Fresnelovou čočkou ho napadla netradiční možnost propagace celého projektu.

Průběh setkání částečně zobrazují fotografie.

Poděkování:

Vojtěch Hála - zapůjčení skla pro experimenty s UV zářením;

František Kubát - úprava běžného LCD monitoru;

Michael Ott - výroba pomůcky demonstruující setrvačnost lidského oka;

třída 11L ze SPŠST Panská - zakoupení křišťálové koule svému fyzikářovi.

Autoři fotografií:

Radim Kusák

Jaroslav Reichl

© Jaroslav Reichl, 12. 4. 2014