Odraz, lom a disperze světla

Když jsme se ve třídě 13L SPŠST Panská seznámili se základními principy šíření světla, jeho odrazem, lomem a disperzí, nechal jsem žáky, aby si teoreticky získané poznatky ověřili prakticky. Připravili jsme optické soupravy a chvíli jsem nechal žáky, aby si zkoušeli samostatně sestavit z přiložených modelů optických členů (zrcadla, čočky, hranoly) libovolnou konfiguraci, kterou poté prosvítili světlem.

Poté jsem jim již dával konkrétní úkoly, které museli se svými soupravami zrealizovat:

  • odraz světla na zrcadle a ověření platnosti zákona odrazu;
  • lom světla ke kolmici;
  • lom světla od kolmice;
  • lom světla od kolmice, přičemž úhel dopadu záměrně převyšoval mezní úhel pro úplný odraz (to žáci pochopitelně předem nevěděli, a proto měli za úkol na první pohled podivné chování světla vysvětlit);
  • disperzi světla;
  • různé konfigurace s odraznými hranoly (převrácení obrazu, odklonění chodu světelných paprsků do kolmého směru, …).

    • Vzhledem k tomu, že vše bravurně zvládli, mohli jsme přistoupit k další aktivitě. Žáci dostali krabice od kakaa, v nichž byl malý otvor a na protější stěně uvnitř obrázek.

    „Chci vědět, jaký obrázek tam je, aniž krabici rozlepíte nebo zničíte,“ znělo mé jasné zadání.

    Některým žákům se podařilo obraz vidět, ale stěžovali si, že to není zcela dokonalé. Proto jsem je upozornil, že na horní stěně krabice je další otvor.

    „Vezměte iVěc a posviťte si dovnitř,“ říkám.

    Bylo to lepší, ale pořád ne dokonalé. Bylo by potřeba si posvítit přímo za zadní stěnu a to se nedařilo. Po chvíli jsem napověděl, že jim případně mohu něco k tomu navíc půjčit. Během několika sekund se žáci ptali, zda nemám optické vlákno. To jsem měl připravené, a tak si mohli žáci do krabice posvítit tak, aby dobře nasvítili právě zadní stěnu. Pak už nebyl problém obrázek dešifrovat.

    „Tímto způsobem jste si právě vyzkoušeli činnosti endoskopu, který se používá při laparoskopických operacích. Při nich je nutné dovnitř dutin člověka dopravit kameru a současně zdroj světla, kterým se tkáň snímaná kamerou osvětlí.“

    V závěru praktických hrátek si žáci zkusili pomocí špendlíků zapichovaných postupně do papíru v okolí skleněného půlválce naměřit index lomu materiálu půlválce. Špendlík zapichovali do papíru tak, aby viděli špendlík na jedné i druhé straně půlválce v jedné přímce se špendlíkem zapíchnutým ve středu půlkruhové podstavy půlválce. Když pak válec odstranili, zjistili, že špendlíky na jedné přímce neleží: ve skutečnosti totiž nastal při dívání se skrz půlválec lom světla, díky němuž neležely dopadající paprsek a půlválcem prošlý paprsek na jedné přímce. Proto ani uvažované tři špendlíky neležely na stejné přímce. Na základě proměřených úhlů dopadu a odrazu bylo možné určit index lomu materiálu půlválce.

    Průběh experimentování zobrazují fotografie.

    Autoři fotografií:

    Jaroslav Reichl

    © Jaroslav Reichl, 24. 1. 2016