Fyzika v 22M

Totální odraz a měření indexu lomu plastu

Během prvních cvičení z fyziky ve třídě 22M SPŠST Panská, která byla věnována optice, jsem měl pro žáky připraveno několik aktivit.

Nejdříve jsem chtěl, aby ve skupinkách prozkoumali totální odraz světla (aniž jsem jim řekl, že zkoumají právě tento jev) pomocí:

špejle zastrčené do zkumavky částečně naplněné vodou a ponořené do kádinky též částečně naplněné vodou – při pohledu shora byla vidět špejle ve zkumavce zdánlivě přerušená;

obrázku coronaviru zabaleného v igelitovém sáčku, který žáci ponořovali do nádoby s vodou – po ponoření obrázek zmizel.

Po skončení experimentování jsme si oba experimenty vysvětlili.

Poté měli žáci za úkol pohledem do zalepené zevnitř černým sprejem vystříkané krabice od kakaa přečíst nápis na její vnitřní zadní stěně. Zpočátku to nešlo, protože žáci do krabice neviděli. Když si všimli malého otvoru na horní stěně krabice, začali do něj svítit světlem mobilního telefonu. Ale ani to nepřineslo kvalitní obrázek. Proto žáci využili mnou nabízené optické vlákno. Tím bylo možné světlo přenést přímo na zadní stěnu krabice a obrázek si přečíst.

„Tímhle experimentem jste si nejen ověřili princip činnosti optického vlákna, který jsme důkladně rozebrali na společné hodině, ale také si názorně namodelovali princip laparoskopických operací, při kterých si musí operatér dovnitř do pacienta posvítit. A dělá to právě optickým vláknem,“ shrnuji na závěr této části hodiny.

Poté jsme spočítali několik kvantitativních úloh zaměřených na lom světla.

Část druhé hodiny jsme věnovali měření indexu lomu plastového půlválce. Žákům jsem předvedl, jak půlválec uchytit pomocí špendlíků na pracovní list položený na polystyrenové podložce a následně jak špendlíky do podložky zapichovat. Žáci se měli dívat skrz půlválec a zařídit, aby špendlík ve středu podstavy půlválce (který půlválec pomáhal držet na podložce) a špendlíky umístěné v obou polorovinách od rovinného rozhraní půlválce ležely na téže přímce. Místa umístění špendlíků si na pracovním listě označili a po odebrání válce zjistili, že špendlíky na přímce neležely. Příčinou této skutečnosti byl lom světla v plastu půlválce. Z poloh špendlíků a polohy rozhraní mezi plastem a půlválcem bylo možné odměřit úhel dopadu a úhel lomu světla při pozorování špendlíků. Na základě známého indexu lomu vzduchu v okolí půlválce, pak bylo možné spočítat s využitím Snellova zákona lomu index lomu plastu půlválce.

Indexy lomu vycházeli díky nepozornosti žáků v některých skupinách podivně, ale přesto snad i tento měřící experiment přispěl k lepšímu pochopení odrazu a lomu světla.

Průběh experimentování i měření je zobrazen na fotografiích.

Autoři fotografií:

Jaroslav Reichl