Měření vlnové délky světla

Po probrání vlnové optiky a zejména ohybu světla na mřížce jsem přišel jedno čtvrteční ráno, kdy začíná pravidelná dvouhodinovka fyziky, do třídy 15M SPŠST Panská se svinovacím dvoumetrem a laserovým ukazovátkem v ruce.

„Dneska bych rád, abychom společně proměřili vlnovou délku světla tohoto laseru,“ říkám a míříc na stěnu ukazuji, že laser funguje. „Jaké výsledky, mimochodem, očekáváte?“

„Od 400 do 800 nanometrů,“ zní téměř sborová odpověď ze třídy.

„Fajn,“ chválím. „Ale rád bych to měřil tímto nástrojem,“ dodávám a zvedám ruku s částečně vysunutým dvoumetrem. „Zkuste vymyslet, jak to uděláte,“ vyzývám žáky. „Máte asi 5 minut na přemýšlení.“

Žáci se pustili buď jednotlivě nebo ve skupině do práce. A vzhledem k tomu, že už se známe, jakmile měli náznak myšlenky měření, zvedali ruce a já tyto myšlenky kontroloval. A všichni velmi rychle a velmi správně načrtli schéma měřicí aparatury, která byla založena právě na ohybu světla. A to je přesně ta metoda, kterou jsem chtěl, aby žáci vymysleli. Délkovým měřidlem, které jsem měl stále v ruce, bylo totiž možné odměřit jak vzdálenost mřížky od stínítka, tak vzdálenost jednotlivých maxim od hlavního maxima.

„Pracovat budeme společně, protokol odevzdáváte tentokráte každý sám za sebe,“ říkám na začátku a sestavuji aparaturu na katedře.

Po sestavení aparatury jsem zapnul laserové ukazovátko a vyzval Fandu Bacíka, aby vyznačil na stěně, která pro nás v tuto chvíli byla stínítkem, jednotlivá ohybová maxima. Fanda vše pečlivě vyznačil, označil i hlavní maximum, od kterého budeme určovat vzdálenosti k ostatním maximům. Jak jsem chtěl přijít blíže ke stěně, drcnul jsem nechtěně do katedry a aparatura s mřížkou se mírně posunula.

„Tak, teď jste to zkazil! Já to měl označeno ale dobře!“ brání se Fanda obvinění, které vůbec nepřišlo.

„Já vím a mám na to na kartě foťáku důkaz, že jsi to měl dobře. Tím, že jsem s tím hnul až nyní, jsem neudělal nic špatného,“ ospravedlňuji se. „Stejně budeme dále měřit bez zapnutého laseru.“

Parametry mřížky jsme přečetli z nápisu na ní a zapsali na tabuli. Trošku jsme se zasekli na převodu na reciproké nanometry, ale i to jsme nakonec zvládli.

„Nyní je nutné změřit vzdálenost mřížky od stínítka,“ usmívám se, protože tuším, co bude následovat. Dan Jindra a Michal Richter nezklamali! I oni, stejně jako žáci tříd před nimi, předvedli velmi zajímavé kreace při měření dané vzdálenosti. Ale nakonec se dílo zdařilo! Na tabuli napsaný údaj dokonce velmi dobře koreloval s mým odhadem a letitou zkušeností.

Pak už se žáci střídali u zdi a měřili příslušné vzdálenosti, které jsem zapisoval na tabuli. Hodnoty mi přišli velmi reálné, takže jsem doufal, že i žáky vypočtená vlnová délka bude realitě odpovídat. To se při odevzdávání protokolů potvrdilo!

Toto měření zařazuji do výuky záměrně, protože se mi líbí možnost, jak pomocí dílenského metru proměřit vlnovou délku světla, jejíž typický rozměr je o sedm řádů menší! A navíc si žáci zkusí jedno z možných využití ohybu světla v praxi: měření vlnové délky nebo rozměrů srovnatelných s vlnovou délkou. Bylo by totiž možné postupovat i opačně: na základě znalosti vlnové délky světla určovat vzdálenost vrypů mřížky či průměr drátku, na kterém ohyb světla nastal.

Postup měření zobrazují fotografie.

Autor fotografií:

Jaroslav Reichl

© Jaroslav Reichl, 17. 12. 2017