Fyzika v 20M

Vlnová délka světla LASERu

Když jsme se se žáky třídy 20M SPŠST Panská věnovali v rámci cvičení z fyziky difrakci světla na optické mřížce, spočítali jsme nejdříve několik úloh. Poté jsem zvedl ze stolu dílenský metr a položil otázku:

„Bylo by možné tímhle metrem změřit vlnovou délku světla LASERu?“

Na první pohled šílenost, protože vlnová délka světla se pohybuje v řádu stovek nanometrů a přesnost dílenského metru jsou milimetry. Nicméně žáci velmi správně vytušili, že se využitím ohybu světla na mřížce by to bylo možné.

Poměrně rychle jsme pak vydiskutovali, co budeme muset znát, abychom mohli změřit (resp. na základě měření jiných veličin dopočítat) vlnovou délku světla LASERu:

mřížkovou konstantu použité mřížky;

vzdálenost mřížky od stínítka, na kterém budeme sledovat ohybový obrazec;

vzdálenosti jednotlivých maxim od hlavního maxima.

„Během práce se budete střídat, takže přesnost měření bude ovlivněna každým z vás. Protokol o měření vyhotoví každý,“ dodávám pravidla.

Poté už píšu na tabuli zadání práce, připravuji mřížku a LASER a mířím jím na boční stěnu učebny. Po zapnutí LASERu vidíme jasná maxima, jejichž polohy první žák vyznačí na stěně tužkou. Na mé doporučení zvlášť pečlivě vyznačí polohu hlavního maxima.

Pak přichází část, na kterou se těším nejvíc. Během let, po která jsem tuto práci se žáky dělal, nezklamala žádná třída. A ani kluci ze třídy 20M nejsou výjimkou! Ba co víc – některé třídy z minulých let i trumfnou! Jde totiž o to, že mřížka je umístěna na konci stolu, který je od stěny s vyznačenými maximy ten vzdálenější. Mezi bližším koncem stolu a stěnou je mezera. A k dovršení všeho je dílenský metr kratší, než hledaná vzdálenost mřížky od stínítka. Proto začíná two-men show, během níž se dva vybraní žáci snaží uvažovanou vzdálenost změřit. Po několika pokusech hlásí údaj, který se zdá být správný.

Proměření vzdálenosti jednotlivých maxim od hlavního maxima jsem myslel, že bude už snadnější úkol. Ale kluci i tohle měření dokázali v obou skupinách třídy vyšperkovat řadou nepovedených pokusů o změření konkrétní vzdálenosti.

I přes popsanou zábavnou vložku měření byla naměřená data poměrně přesná a vlnová délka klukům vyšla v rozumném rozmezí.

Metody vycházející z difrakce světla (případně elektromagnetického vlnění obecně) na optické mřížce (či předmětu, který lze za mřížku považovat) jsou důležité v praxi: umožňují totiž měřit délkové rozměry v řádu vlnové délky použitého světla (resp. vlnění). A to běžnými měřicími prostředky nedocílíme! Tak snad si kluci budou toto měření pro případné budoucí použití pamatovat.

Průběh měření je zobrazen na fotografiích.

Autor fotografií:

Jaroslav Reichl