Úloha 1: Biele a farebné svetlo

Pomôcky:

Pozorovanie rozkladu svetla môžu žiaci robiť pomocou rôznych pomôcok. Tou najdostupnejšou je bežný CD disk, na ktorom dochádza k rozkladu svetla interferenciou na mriežke, ktorá je tvorená drážkami na záznamovej ploche disku. Ak má učiteľ k dispozícii klasický optický hranol z akejkoľvek súpravy pomôcok na výučbu optiky, môže predviesť rozklad svetla taktiež pomocou tohto hranola. Vo väčšine prípadov však rozklad svetla pomocou hranola vyžaduje starostlivejšiu príprava pokusov, vrátane inštalácie špeciálneho svetelného zdroja a optickej lavice s tienidlom. Nie je vhodné pokusom s optickým hranolom začínať. Je lepšie nechať žiakov experimentovať s CD diskom, aby si skúsili prezrieť spektrá rôznych svetelných zdrojov samostatne. Žiaci by mali dospieť k záveru, že slnečné spektrum a spektrum žiarovky je spojité, t. j. obsahuje všetky farby, pričom jedna plynule prechádza do druhej. Spektrum LED „žiaroviek“ sa taktiež javí ako spojité, vypadá rovnako ako slnečné. To, že má iné intenzity jednotlivých farieb, žiaci môžu len ťažko spoznať. Žiaci by mali pomenovať základné farby slnečného spektra. Ideálne by mali vymenovať 7 základných Newtonových farieb – červená, oranžová, žlta, zelená, modrá, indigová, fialová, nie je však nutné ich pomenovať presne takto.

Spektrum žiariviek a úsporných „žiaroviek“ (kompaktných žiariviek) má jednoznačne pásovú či čiarovú štruktúru. Ako ďalší zdroj svetla je veľmi vhodné použiť displej mobilného telefónu. Ak odtienime časť displeja, aby sme pozorovali bodový alebo čiarový zdroj, je zreteľne vidieť, že svetlo displeja, ktoré vnímame ako biele, je v skutočnosti tvorené len červeným, zeleným a modrým svetlom.

Ďalším spektrom, ktoré je možné dobre pozorovať bez akýchkoľvek pomôcok, je dúha. Je možné pozorovať klasickú dúhu pri daždi, dúhu vo vodnej triešti nad vodopádom alebo dúhu nad vodostrekom či pri kropení záhradnou hadicou. Pravdepodobne nebude možné vždy pozorovať reálnu dúhu, preto je možné taktiež preskúmať kvalitné fotografie tohto javu. Žiaci by opäť mali určiť, aké farby sa v spektre objavujú a ako idú za sebou.

Postup:

Pozorovaný zdroj svetla musí mať malé uhlové rozmery, inak sa obrazy jednotlivých častí zdroja pri pozorovaní prekrývajú a obraz nie je zreteľný, prípadné pásy či čiary splývajú a každé spektrum potom vyzerá ako zdanlivo spojité. Postačí však, keď je malý uhlový rozmer kolmý na pozorovaný pás spektra. (Ak je CD vodorovne a zobrazuje sa spektrum na časti CD od stredu k pozorovateľovi, bude fialová najbližšie k stredu a ďalšie farby smerom k okraju bližšiemu pozorovateľovi až po červenú, môže mať zdroj svetla podobu vodorovného pruhu.)

Bežný CD disk pri pozorovaní umiestnime tak, aby sme sa dívali na záznamovú vrstvu zhruba pod uhlom 30 – 40° a aby sme videli odraz zdroja vo vzdialenejšej polovici disku. Potom po ľahkom naklopení disku smerom k sebe uvidíme v bližšej polovici spektrum pozorovaného zdroja. Pre základné pozorovanie dostatočne uhlovo malých zdrojov skutočne úplne vyhovuje pozorovanie pomocou celého neupraveného CD disku. Pri pozorovaní intenzívneho svetelného zdroja (Slnko, laser) je možné pracovať v bežnej nezatemnenej miestnosti, pri pozorovaní žiaroviek či žiariviek je vhodné, aby miestnosť bola aspoň čiastočne zatemnená, na pozorovanie displeja mobilu je vhodné primerané zatemnenie miestnosti (nemusí však byť dokonalé).

Pre kvalitnejšie pozorovanie je možné si vyrobiť jednoduché spektroskopy s vloženým „črepom“ CD disku. Z čierneho papiera si vystrihnite telo spektroskopu podľa nákresu, prilepte výsek CD disku a zlepte škatuľu. Takýto spektroskop má oproti neupravenému CD tri veľké výhody. Vnútorné černenie škatule odtieňuje okolité svetlo, takže obraz je kontrastnejší. Svetlo zo zdroja je ohraničené vstupnou štrbinou, preto sa nemusíme obmedzovať na pozorovanie uhlovo malých zdrojov svetla. Konštrukcia škatule zaisťuje správny uhol pohľadu bez zložitého natáčania roviny disku a hľadania správneho odrazu. Z jedného CD disku je možno vyrobiť 10 aj viacej spektroskopov. Dieliky z CD je vhodné oddeľovať horúcim nožom. Je možné použiť aj masívnejšie nožnice, ale potom je tu riziko prasknutia disku alebo odlúpnutia záznamovej vrstvy. V núdzi je možné použiť aj DVD disk. Ten má však fialové sfarbenie záznamovej vrstvy, ktoré skresľuje pozorovanie. Taktiež má inú hustotu záznamových drážok, takže sa obraz spektra tvorí horšie a nie je tak zreteľný.

Poznámky pre žiakov so ŠVVP:

• žiaci s poruchami učenia– Postačí pozorovanie spojitého spektra slnka a žiarovky. Záverom by malo byť pomenovanie farieb v spektre a konštatovanie, že spektrum slnka a žiarovky vyzerá rovnako.
• nadaní žiaci– Môžu skúsiť nájsť jemné odlišnosti medzi spektrom slnka a LED „žiarovky“. (Obe spektrá sú síce súvislé, ale pri LED je zreteľná výrazne väčšia intenzita svetla v modrej časti (najmä pri cool white LED) a naopak menšia intenzita vo fialovej časti (ostrý koniec za modrou).) Je možné vysvetliť existenciu sekundárnej dúhy. (Zdvojuje odraz vo vodnej kvapke, preto je poradie farieb prevrátené, rovnako ako je prevrátený obraz v zrkadle.)