ZŠ VNB V / 12 - Kaleidoskop

Lekce V / 12 - Kaleidoksop

Cíl lekce:

Žáci se naučí, jak můžeme využívat zrcadla a zrcadlové předměty pro odraz světla a vytváření vzorů.

Zeptejte se Vašich dětí:

Co je to světlo?
Jak vzniká světlo?
Dokážete vyjmenovat předměty, od kterých se světlo odráží?
Co je to kaleidoskop?
Na jakém principu kaleidoskop funguje?
Znáte další přístroj, který pracuje na podobném principu?

Optika

Optika se zabývá zkoumáním podstaty světla a zákonitostí světelných jevů, které vznikají při šíření světla a při vzájemném působení světla a látky.
Do optiky lze též zahrnout i účinky světelného záření zkoumané v chemii, biologii, lékařství, psychologii, … Optika patří spolu s mechanikou k nejstarším oborům fyziky. Souvisí to s tím, že člověk získává zrakem více než 80 % informací o světě. Optika umožnila proniknout i do oblastí lidským okem nedostupných.

Optika
Obrázek Refraction Prism Optics od OpenClipartVectors [Public Domain] via Pixabay

Světlo

Světlo je příčné elektromagnetické vlnění, které ke svému šíření nepotřebuje žádné látkové prostředí (šíří se tedy např. i vakuem). Stejně jako jiné druhy vlnění charakterizuje i světlo vlnová délka. Jako světlo se označuje elektromagnetické vlnění, na které je citlivý lidský zrakový orgán. Fyziologický vjem, zvaný vidění, vyvolává elektromagnetické vlnění o vlnových délkách 390 nm až 790 nm.

Světlo různých frekvencí vyvolává u člověka různý vjem, který charakterizujeme jako barvu světla. Světelný interval je vymezen fialovou barvou (o vlnové délce 390 nm) a červenou barvou (o vlnové délce 790 nm). Toto vymezení je ale orientační, protože je ovlivňováno individuálními vlastnostmi lidského zraku. Navíc nejcitlivější je oko na barvu žlutozelenou (o vlnové délce 550 nm).

Skládáním světel různých barev se zabývá kolorimetrie, jejíž poznatky jsou důležité např. pro přenos, záznam a reprodukci signálu barevné televize…

Šíření světla

Šíření světla je ovlivněno vlastnostmi prostředí, jímž světlo prochází. Mohou nastat tyto případy:

průchod světla (téměř) beze změny - čiré prostředí (sklo, voda…)
absorpce světla - projde jen světlo určitých vlnových délek (barevné filtry…)
rozptyl (disperze) světla - nepravidelně se mění směr šíření světla (matné prostředí)
odraz světla - světlo prostředím neprochází, ale odráží se (zrcadla…)

Látky, kterými světlo prochází, označujeme jako optické prostředí. To může být:

průhledné - prostředí, v němž nedochází k rozptylu světla; mohou být čirá (sklo, voda, …) nebo barevné (potom propouští jen světlo některých vlnových délek). Tímto prostředím je tedy vidět.
průsvitné - světlo se prostředím šíří, ale zčásti se rozptyluje (mléčné sklo, voda s mlékem, …). Toto prostředí lze „prosvítit“.
neprůhledné - světlo se v něm silně pohlcuje nebo se na povrchu odráží

Odraz světla

Dopadá-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (o různých indexech lomu), pak se částečně odráží a částečně prochází z jednoho prostředí do druhého. Tento jev nazýváme odraz a lom světla.

Zákon odrazu

Dopadá-li světlo na rozhraní dvou prostředí pod úhlem a, odráží se s úhlem a'. Velikost úhlu odrazu a' se rovná velikosti úhlu dopadu a, tj. a = a'. Odražený paprsek leží v rovině dopadu.

Při odrazu a lomu světla platí zákon záměnnosti paprsků, tzn. dopadající a odražený, popř. dopadající a lomený paprsek lze vzájemně zaměnit.

Kaleidoskop

Snad každý z nás měl alespoň jednou v ruce kaleidoskop – trubku, uvnitř ze tří stran vyloženou zrcadly a zakončenou otočnou objímkou. Vše, co se do objímky vloží, se třikrát zrcadlí. Každý z těchto obrazů se dál opět třikrát zrcadlí. Vzniká tak symetrický ornament plný ladnosti a krásy. Kaleidoskop vynalezl již v roce 1816 skotský vědec sir David Brewster. Jeho název je odvozen z řečtiny, a lze jej volně přeložit jako "přístroj, kterým lze vidět krásné obrázky." I dnes, v době deterministického chaosu, je kaleidoskop stále velmi populární a navíc se stává nástrojem umělecké tvorby. Kaleidoskop, česky krasohled, je dětská hračka, která pomocí soustavy zrcadel a barevných tělísek vytváří neopakovatelné obrazce při pohledu proti světelnému zdroji.

Kaleidoskop
Obrázek Black and white Kaleidoscope tube od Clément Bucco-Lechat [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia Commons

Obraz v kaleidoskopu
Obrázek Kaleidoscope 2 od Hide-sp [CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons

Stavba kaleidoskopu

Jedná se o přibližně 10 - 15 cm dlouhý válec, který má z jedné strany otevřenou dírku, kterou se do válce hledí. Ve válci jsou podélně vložena tři zrcadla. Prostor mezi nimi má tvar rovnoramenného trojúhelníka. Na druhé straně se nachází malý prostor, ve kterém jsou umístěna barevná tělesa. Díky soustavě zrcadel dochází k pravidelnému vícenásobnému odrazu, což vytváří požadované optické jevy. Kaleidoskopem je možné otáčet, čímž se drobná barevná tělesa přeskupují. To se projevuje změnou tvarů pro pozorovatele.

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více: