7. Pokusy se zpětným projektorem Soubor následujících demonstračních experimentů využívá projekční přístroj ( např. Meotar), který patří mezi standardní vybavení škol a učeben určených pro výuku fyziky. Vesměs se jedná o experi menty, jejichž realizace má za cíl jednak je zviditelnit žákům, nebo se při nich využívá jeho příznivých optických vlastností. Uvedené demonstrace jsou jen úzkým výběrem z mnoha dalších, které lze touto formou žákům lépe názorně a atraktivně prezentovat. Jaké fyzikální jevy demonstrujeme? 7.1. Polarizace světla polaroidem [4] O 51; [6] S 32; [9] O 19. 7.2. Fotoelasticita [4] O 51; [6] S 32; O 19. 7.3. Rozklad světla hranolem [4] O 8, O 64; [6] S 27; [9] O 9; [10] O 26. 7.4. Odraz světla na rovinném, dutém a vypuklém zrcadle [4] O 18, O 21, O 22, O 23, O 24, O 25; [6] S 2, S 3, S 5; [7] S 303; [9] O 1, O 6, O 2; [10] O 8, O 10, O 11. 7.5. Orientace vektoru magnetické indukce (Oerstedův pokus) [3] E 4.1; E 4.4; [6] E 128; [10] E 54. 7.6. Magnetické pole permanentního magnetu [3] E 4.9; [6] E 140; [10] E 52. 7.7. Vedení elektrického proudu v elektrolytu 7.8. Zobrazení elektrických siločar [3] E 1.18; [5] E 30; [9] E 6; [10] E 6. 7.1.Polarizace světla polaroidem Jednoduchým a názorným způsobem lze demonstrovat vznik a charakter polarizovaného světla získaného pomocí polarizačních filtrů. Zpětný projektor(stabilní součást všech experimentů, proto nebude dále uváděn), dva polarizační filtry (polarizátor a analyzátor), papírové stínítko. 7.1. Papírová stínítka Na skleněnou desku projekčního přístroje, který představuje zdroj nepolarizovaného světla, umístí me papírové stínítko, v jehož středu je kruhový otvor. Stínítko zabraňuje rušivému průchodu světla ko lem polarizačních filtrů položených na kruhový otvor. Pokud jsou polarizační roviny analyzátoru a pola rizátoru shodné orientace, světlo jimi prochází. Jestliže jsou tyto roviny vzájemně kolmé, světlo pro chází jen minimálně. Efektu docílíme vzájemným natáčením jednoho z polarizátorů. - 63 -
Poznámka: Polarizační filtry jsou například součástí Demonstrační soupravy pro optiku. 7.2. Mechanický model polarizace světla 7.2. Fotoelasticita Jedna z mnoha možností využití polarizovaného světla je v oblasti fotoelasticimetrie, která zkoumá průběh mechanických napětí v různých materiálech. Mechanickou deformací modelu součástky vyro beného z organického skla se využívá jeho anizotropie vůči polarizovanému světlu a tím se diagnosti kuje jeho mechanické namáhání. Dva polarizační filtry, papírové stínítko, pásek a kroužek z plexiskla, deformační kroužek. 7.3. Deformační kroužek Uspořádání experimentu je shodné s předešlým. Mezi polarizátor a analyzátor vkládáme defor movatelné předměty z plexiskla. Analyzátor natočíme na minimální intenzitu prošlého světla a v pola rizovaném světle pozorujeme elasticitu projevující se soustavou barevných pruhů zatěžovaných předmětů, podle nichž se usuzuje na rozložení tlaků a tahů ve zkoumaném modelu. - 64 -
7.4. Deformace pásku plastu v polarizovaném světle 7.5. Deformace kruhu z plastu v polarizovaném světle 7.3. Rozklad světla hranolem Disperzi světla nejčastěji demonstrujeme pomocí optického hranolu. Necháme-li dopadat úzkou štěrbinou paprsky bílého světla na lámavou stěnu hranolu, světlo se v něm dvakrát láme a na projekční stěně lze pozorovat hranolové spektrum Trojboký skleněný hranol, papírové stínítko, stavitelnou štěrbinu, stojan s kruhovým nástavcem, karton papíru. Na skleněnou desku monitoru položíme papírové stínítko a stavitelnou štěrbinu, kterou vymezíme svazek paprsků. K projektoru umístíme stojan s kruhovým nástavcem, na nějž umístíme skleněný hranol na papírovém kartonu, sloužícím jako podložka tak, aby paprsky světla vycházející z projektoru procházely skleněným hranolem. Natáčením hranolu získáme na stínítku (zdi místnosti) světelné spektrum. Stojan je možné též postavit opatrně na desku projektoru. 7.6. Rozklad světla hranolem - 65 -
7.4.Odraz světla na rovinném, dutém a vypuklém zrcadle Papírovou trojštěrbinu, rovinné zrcadlo, kovovou fólii. Projektor umístíme stranou od projekční plochy (školní tabule). Pomocí trojštěrbiny, položené na vodorovné desce vytvoříme na projekční stěně nebo na tabuli tři rovnoběžné světelné paprsky. Pomo cí rovinného zrcadla můžeme změnit jejich chod a demonstrovat tak zákon odrazu. Na tabuli je možné zaznamenat chod paprsků křídou a dokumentovat platnost zákonu odrazu. Obdobně postupujeme použitím dutého a vypuklého zrcadla, které vytvoříme improvizovaně pomo cí příslušné deformace kovové folie. 7.5. Orientace vektoru magnetické indukce (Oerstedův pokus) Oerstedův pokus demonstruje magnetické vlastnosti elektrické ho proudu pomocí magnetky umístěné poblíž vodiče. Panel s vodičem, dva přívodní vodiče, magnetku, akumulátor, (reostat 10-15 Ω/5 A). 7.7. Schéma zapojení Na skleněné desce projekčního přístroje umístíme pod panel s vodičem magnetku. Vodič orientuje me souhlasně s podélnou osou magnetky. Po připojení proudu k vodiči se magnetka odchýlí od původního směru a to v souhlase se směrem magnetického pole, vytvořeného kolem přímého vodiče. Jeho směr lze určit Ampérovým pravidlem. Poznámka: protože vodič připojujeme ke zdroji prakticky bez zatížení, omezíme prů chod proudu pouze na nezbytně nutnou dobu k pozorování daného jevu a za použití pouze 1 2 akumulátorových článků, pří padně použijeme reostat 10-15 Ω/5 A. 7.8. Silové působení mezi magnetkou a proudovodičem - 66 -
7.6. Magnetické pole permanentního magnetu Model magnetického pole permanentního magnetu zvýrazníme a zprostředkujeme všem žákům projekčním přístrojem. Plexisklo, permanentní magnety různých tvarů, železné piliny. Na projekční přístroj postupně umisťujeme permanentní magnety tyčového, kruhového a pod kovovitého tvaru, na ně pokládáme desku z plexiskla. Desku řídce posypeme železnými pilinami. Ty vytvoří obraz, představující model magnetických indukčních čar. U nejběžnějšího tyčového magnetu se nejvíce pilin soustředí na jeho obou pólech, nejméně jich bude uprostřed, v tzv. netečném pásmu magnetu. 7.9. Modely magnetického pole permanentních magnetů Postupně demonstrujeme magnetické pole dvou tyčových, případně kruhových magnetů mezi opačnými a souhlasnými póly. Poklepáním na desku docílíme optimálního rozmístění pilin. Poznámka: Modely takto prezentované jsou pouze rovinným znázorněním magnetických indukčních čar. Ve skutečnosti jsou tyto myšlené čáry v prostorovém uspořádání. Způsob ukládání magnetů a jejich údržba je popsána v [7]. 7.10. Model magnetického pole mezi dvěma permanentními magnety - 67 -
7.7. Vedení elektrického proudu v elektrolytu Na rozdíl od klasických demonstrací vedení elektrického proudu v roztocích modré skalice, chloridu sodného, v tomto experimentu ukazujeme elektrolýzu jako děj v její procesuální stránce. Skleněnou desku s vaničkou, olověné elektrody, octan olovnatý, vodiče, akumulátor. Skleněnou desku s vaničkou nejprve očistíme a poté ji položíme na skleněnou desku zpětného projektoru. Vložíme do ní olověné elektrody a nalijeme elektrolyt - octan olovnatý. Elektrody zapojíme do obvodu s akumulátorem. Po chvíli se začnou v blízkosti katody tvořit viditelné řetízky a na katodě se počne vylučovat olovo. 7.11. Vedení elektrického proudu v elektrolytu Poznámka: Při experimentu je nutno dbát na to, aby se prostřednictvím řetízků olova nespojily obě elektrody a nezkratovaly tak obvod. Při práci používejte gumové rukavice a po skončení práce si důkladně umyjte ruce. 7.8. Zobrazení elektrických siločar Modelové znázornění elektrického pole spojená s projekcí a jeho frontální prezentaci všem žákům přináší následující demonstrace. Petriho misky s elektrodami, ricinový olej, sypátko s krupicí, indukční elektriku, spojovací vodiče. Na desku zpětného projektoru položíme Petriho misku s elektrodami. Obě elektrody připojíme spo jovacími vodiči k pólům indukční elektriky [7]. Do suché misky s elektrodami nalijeme ricinový olej do výše asi 3 mm a na jeho povrch nasypeme sypátkem malé množství krupice. Poté velmi pomalým na - 68 -
bíjením elektrod indukční elektrikou vytvoříme elektrické pole, jehož model tvoří řetězově uspořádaná krupicová zrnka. Znázornit lze elektrické pole bodového náboje, pole mezi dvěma deskami, pole dvou souhlasných a nesouhlasných nábojů, ukázat můžeme koncentraci náboje na hrotu vodiče, můžeme vytvořit model elektrického pole při bouřce. Poznámka: při propojování elektrod s indukční elektrikou je nutno dbát na to, aby se spojovací vo diče vzájemně nedotýkaly, nekřížily a nebyly v bez prostředním styku s kovovými částmi projektoru. 7.12. Souprava na modelování elektrického pole - 69 -