Fyzika v 20M

Odraz a lom světla

Na úvod jedněch cvičení z fyziky ve třídě 20M SPŠST Panská jsem žákům rozdal nádoby s vodou a obrázek (v minulých letech tolik nechvalně populárního) koronaviru, který byl uzavřen v uzavíratelném sáčku.

„Zkuste sáček ponořit do vody a podívat se na hladinu shora,“ říkám. „Pak se pochopitelně budu ptát co a proč vidíte.“

Když se začaly ozývat první nápady, čím by mohlo být zmizení obrázku způsobeno, rozdal jsem žákům další pomůcky. V kádince částečně naplněné vodou byla postavena zkumavka, také částečně naplněna vodou, a v ní postavená špejle.

„Opět se podívejte shora …,“ říkám žákům.

Při správném úhlu pohledu při vhodně zvolených výškách hladin vody v obou nádobách se totiž zdá, že je špejle ve zkumavce přerušená.

Oba experimenty posléze vysvětlíme s využitím zákona lomu a jeho speciálního případu – totálního odrazu světla.

Posledním experimentem, který pro žáky mám připraven, je krabice od kakaa zevnitř nastříkaná černou barvou, na jejíž zadní straně je obrázek. V krabici je otvor, kterým se žáci mohou podívat dovnitř.

„Zajímá mě, co je na tom obrázku,“ říkám. Žáci se mají do krabice podívat, ale díky černému vnitřku krabice stejně obrázek nevidí. Jedinou variantou, jak obrázek spatřit, je do druhého otvoru krabice zasunout optické vlákno a do něj posvítit mobilním telefonem.

„Tahle jednoduchá hračka názorně ukazuje princip, který používají lékaři při laparoskopických operacích, při nichž do těla pacienta zasouvají nejen nástroje nutné pro operaci, ale i optické vlákno přivádějící dovnitř těla světlo. O dalších využitích optických vláken byla řeč na společné hodině.

Na konci hodiny pak žákům představím poměrně jednoduchou, ale zajímavou, a hlavně relativně přesnou, metodu na určení indexu lomu plastového půlválce. Ten jim zapůjčím, rozdám pracovní listy a půjčím několik špendlíků a polystyrenovou desku. Pomocí tří špendlíků žáci upevní půlválec tak, aby na papíru stabilně držel. Přitom jeden špendlík umístí do bodu, kde je střed kruhu tvořícího podstavu hypotetického celého válce. Poté zapíchnou jeden špendlík do jedné z polorovin, které určuje rovná stěna půlválce. Do druhé poloroviny pak musejí špendlík zapíchnout tak, aby při pohledu skrz půlválec ležely dva zapíchnuté špendlíky a špendlík ve středu kruhové podstavy hypotetického válce v jedné přímce. Ve skutečnosti ale na jedné přímce neleží – při pohledu skrz půlválec nastal lom světla.

Na základě změřených úhlů dopadu a odrazu pak žáci dopočítají index lomu materiálu půlválce a provedené měření zhodnotí.

Žáci pracovali velmi aktivně a prováděné experimenty dokázali průběžně správně vysvětlovat.

Průběh studia odrazu a lomu světla zobrazují fotografie.

Autor fotografií:

Jaroslav Reichl