Úkol 1: Bílé a barevné světlo

Pomůcky:

Pozorování rozkladu světla mohou žáci provádět pomocí různých pomůcek. Tou nejdostupnější je běžný CD disk, na kterém dochází k rozkladu světla interferencí na mřížce, která je tvořená drážkami na záznamové ploše disku. Pokud má učitel k dispozici klasický optický hranol z  jakékoliv soupravy pomůcek na výuku optiky, může předvést rozklad světla taktéž pomocí tohoto hranolu. Ve většině případů však rozklad světla pomocí hranolu vyžaduje pečlivější přípravu pokusů, včetně instalace speciálního světelného zdroje a optické lavice se stínítkem. Není vhodné začínat pokusem s optickým hranolem. Lepší je nechat žáky experimentovat s CD diskem, aby si zkusili prohlédnout spektra různých světelných zdrojů samostatně. Žáci by měli dospět k závěru, že sluneční spektrum a spektrum žárovky je spojité, t. j. obsahuje všechny barvy, přičemž jedna plynule přechází do druhé. Spektrum LED „žárovek“ se taktéž jeví jako spojité, vypadá stejně jako sluneční. To, že má jiné intenzity jednotlivých barev, mohou žáci poznat jen těžko. Žáci by měli pojmenovat základní barvy slunečního spektra. Ideálně by měli vyjmenovat 7 základních Newtonových barev – červená, oranžová, žluta, zelená, modrá, indigová, fialová, není však nutné pojmenovat je přesně takto.

Spektrum zářivek a úsporných „žárovek“ (kompaktních zářivek) má jednoznačně pásovou či čárovou strukturu. Jako další zdroj světla je velmi vhodné použít displej mobilního telefonu. Když odstíníme část displeje, abychom pozorovali bodový nebo čárový zdroj, je zřetelně vidět, že světlo displeje, které vnímáme jako bílé, je ve skutečnosti tvořené jen červeným, zeleným a modrým světlem.

Dalším spektrem, které je možné dobře pozorovat bez jakýchkoliv pomůcek, je duha. Je možné pozorovat klasickou duhu při dešti, duhu ve vodní tříšti nad vodopádem nebo duhu nad vodotryskem či při kropení zahradní hadicí. Pravděpodobně nebude možné vždy pozorovat reálnou duhu, proto je taktéž možné prozkoumat kvalitní fotografie tohoto jevu. Žáci by opět měli určit, jaké barvy se ve spektru objevují a jak jdou za sebou.

Postup:

Pozorovaný zdroj světla musí mít malé úhlové rozměry, jinak se obrazy jednotlivých částí zdroje při pozorování překrývají a  obraz není zřetelný, případné pásy či čáry splývají a  každé spektrum pak vypadá jako zdánlivě spojité. Postačí však, když je malý úhlový rozměr kolmý na pozorovaný pás spektra. (Pokud je CD vodorovně a zobrazuje se spektrum na části CD od středu k pozorovatelovi, bude fialová nejblíže ke středu a další barvy směrem k okraji bližšímu pozorovatelovi až po červenou, může mít zdroj světla podobu vodorovného pruhu.)

Běžný CD disk při pozorování umístíme tak, abychom se dívali na záznamovou vrstvu zhruba pod úhlem 30  –  40° a  abychom viděli odraz zdroje ve vzdálenější polovině disku. Poté po lehkém naklopení disku směrem k sobě uvidíme v bližší polovině spektrum pozorovaného zdroje. Pro základní pozorování dostatečně úhlově malých zdrojů skutečně zcela vyhovuje pozorování pomocí celého neupraveného CD disku. Při pozorování intenzivního světelného zdroje (Slunce, laser) je možné pracovat v  běžné nezatemněné místnosti, při pozorování žárovek či zářivek je vhodné, aby místnost byla alespoň částečně zatemněna, na pozorování displeje mobilu je vhodné přiměřené zatemnění místnosti (nemusí však být dokonalé).

Pro kvalitnější pozorování si lze vyrobit jednoduché spektroskopy s vloženým „střepem“ CD disku. Z černého papíru si vystřihněte tělo spektroskopu podle nákresu, přilepte výsek CD disku a slepte krabici. Takovýto spektroskop má oproti neupravenému CD tři velké výhody. Vnitřní začernění krabice odstiňuje okolní světlo, takže obraz je kontrastnější. Světlo ze zdroje je ohraničené vstupní štěrbinou, proto se nemusíme omezovat na pozorování úhlově malých zdrojů světla. Konstrukce krabice zajišťuje správný úhel pohledu bez složitého natáčení roviny disku a hledání správného odrazu. Z jednoho CD disku lze vyrobit 10 i více spektroskopů. Dílky z CD je vhodné oddělovat horkým nožem. Lze použít i masivnější nůžky, ale pak je tu riziko prasknutí disku nebo odloupnutí záznamové vrstvy. V nouzi je možné použít i DVD disk. Ten má však fialové zbarvení záznamové vrstvy, které zkresluje pozorování. Taktéž má jinou hustotu záznamových drážek, takže se obraz spektra tvoří hůře a není tak zřetelný.

Poznámky pro žáky se ŠVVP:

• žáci s  poruchami učení– Postačí pozorování spojitého spektra slunce a  žárovky. Závěrem by mělo být pojmenování barev ve spektru a konstatování, že spektrum slunce a žárovky vypadá stejně.
• nadaní žáci– Mohou zkusit najít jemné odlišnosti mezi spektrem slunce a LED „žárovky“. (Obě spektra jsou sice souvislá, ale u  LED je zřetelná výrazně větší intenzita světla v modré části (hlavně u cool white LED) a naopak menší intenzita ve fialové části (ostrý konec za modrou).) Je možné vysvětlit existenci sekundární duhy. (Zdvojuje odraz ve vodní kapce, proto je pořadí barev převrácené, stejně jako je převrácený obraz v zrcadle.)