Úvod Teorie Experiment Závěr TALNET o. s. http://www.talnet.cz s podporou Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze http://www.mff.cuni.cz 16. listopadu 2013
Zadání úlohy Úvod Teorie Experiment Závěr Vikingové Podle legendy, Vikingové používali během zamračeného počasí k navigaci tzv. sluneční kameny. Prozkoumejte, jak je možné použít k navigaci polarizující materiál.
Obsah Úvod Teorie Experiment Závěr Navigace určení polohy Slunce Fyzikální problémy Polarizace světla v atmosféře Dvojlomné látky Vyzkoušení určení polohy Slunce několika experimenty Fotografování Měření intenzity přicházejícího světla luxmetrem Pozorování
Úvod Teorie Experiment Závěr Polarizované světlo Polarizátory Navigace Polarizované světlo Rozptyl světla na molekulách vzduchu Model kmitání elektrického dipólu nejvíc lineárně polarizovaného světla vyzáří ve směru kolmém na svoji orientaci Obrázek : Vyzařování elektrického dipólu [5] Nejvíce lineárně polarizovaného světla přichází ze směrů 90 od Slunce
Vzor Úvod Teorie Experiment Závěr Polarizované světlo Polarizátory Navigace Rozložení polarizovaného světla na obloze vypočítané, měřené Obrázek : Vzor polarizovaného světla na obloze [1] Stejný vzor se na obloze vytváří, i když je zataženo [4] Je však více rozmazaný větší rozptyl
Úvod Teorie Experiment Závěr Polarizované světlo Polarizátory Navigace Dvojlomné látky Turmalín, cordierit, kalcit Asymetrické molekuly - anizotropní optické prostředí Různé chování materiálů vůči světlu polarizovanému podél a kolmo na optickou osu o-ray incident light e-ray optical axis
Polarizátory Úvod Teorie Experiment Závěr Polarizované světlo Polarizátory Navigace Funkce vytváří lineárně polarizované světlo Polarizační filtr Výrazně asymetrické molekuly Dopadající el-mag vlna je rozkmitává Světlo polarizované rovnoběžně na směr molekul projde, světlo polarizované kolmo neprojde y θ x z Dvojlomný materiál Lze použít jako polarizační filtr - dvojlomné hranoly
Úvod Teorie Experiment Závěr Polarizované světlo Polarizátory Navigace Možné principy navigace pomocí dvojlomných krystalů Určení polohy Slunce Pleochroismus Různé barvy v závislosti na polarizaci světla Nepozorováno Použití krystalu jako polarizačního filtru Otáčení změna intenzity světla Největší změny ve směrech 90 od Slunce
Fotografie Úvod Teorie Experiment Závěr Fotografie Měření luxmetrem Pozorování Fotoaparát Nikon D90, Nikkor AF-S 18-105 polarizační filtr Hama Foceno s navzájem kolmými orientacemi filtru Zpracování fotografií na počítači Pozorování za různého počasí
Fotografie 17. 10. 2010, 14.40 SLČ jasno Obrázek : I bez zvýraznění
Fotografie 17. 10. 2010, 14.40 SLČ jasno Obrázek : I zvýrazněno
Fotografie 17. 10. 2010, 8.00 SLČ zataženo Obrázek : II bez zvýraznění
Fotografie 17. 10. 2010, 8.00 SLČ zataženo Obrázek : II zvýrazněno
Měření intenzity světla Luxmetr Různé směry podél horizontu Různé orientace filtru Za různého počasí Obrázek : Polarizační filtry
Grafy 7. 2. 2011 jasno Intenzita svetla v závislosti na azimutu 1 0.9 0.8 0.7 0.6 I/I max 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ] Obrázek : Radarový snímek [3]
Grafy 7. 2. 2011 jasno 1 Intenzita svetla v závislosti na azimutu filtr A I/I max 0.8 0.6 0.4 I max I min 0.2 0 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ] Rozdíl prumeru intenzit 1 0.8 I/ I max 0.6 0.4 0.2 0 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ]
Grafy 7. 2. 2011 jasno 1 Intenzita svetla v závislosti na azimutu filtr B 0.95 I max I min I/I max 0.9 0.85 0.8 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ] Rozdíl prumeru intenzit 1 I/ I max 0.8 0.6 0.4 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ]
Grafy 16. 12. 2010 polojasno 1 Intenzita svetla v závislosti na azimutu 0.95 0.9 I/I max 0.85 0.8 0.75 0.7 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ] Obrázek : Radarový snímek [3]
Grafy 16. 12. 2010 polojasno 1 Intenzita svetla v závislosti na azimutu filtr A 0.9 I max I min I/I max 0.8 0.7 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ] Rozdíl prumeru intenzit 1 0.8 I/ I max 0.6 0.4 0.2 0 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ]
Grafy 21. 12. 2010 zataženo 1 Intenzita svetla v závislosti na azimutu 0.98 0.96 I/I max 0.94 0.92 0.9 0.88 0.86 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ] Obrázek : Radarový snímek [3]
Grafy 21. 12. 2010 zataženo 1 Intenzita svetla v závislosti na azimutu filtr A I max I/I max 0.95 0.9 I min 0.85 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ] Rozdíl prumeru intenzit 1 I/ I max 0.8 0.6 0.4 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ]
Grafy 21. 12. 2010 zataženo 1 Intenzita svetla v závislosti na azimutu filtr B 0.95 I max I min I/I max 0.9 0.85 0.8 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ] Rozdíl prumeru intenzit 1 I/ I max 0.8 0.6 0.4 200 150 100 50 0 50 100 150 200 (Azimut 180 ) [ ]
Okem Úvod Teorie Experiment Závěr Fotografie Měření luxmetrem Pozorování Polarizační filtry Krystaly Obrázek : Kalcit Obrázek : Tourmalín
Fotografie 21. 2. 2011 jasno Obrázek : jasno Obrázek : Radarový záznam [3]
Úvod Teorie Experiment Závěr Fotografie Měření luxmetrem Pozorování Fotografie 21. 2. 2011 jasno Obrázek : 90 od Slunce Obrázek : blízko Slunce Obrázek : 90 od Slunce Obrázek : blízko Slunce
Fotografie 21. 2. 2011 jasno Obrázek : 90 od Slunce Obrázek : blízko Slunce Obrázek : 90 od Slunce Obrázek : blízko Slunce
Fotografie 20. 2. 2011 zataženo Obrázek : Zataženo Obrázek : Radarový záznam [3]
Fotografie 20. 2. 2011 zataženo Obrázek : Kdekoliv Obrázek : Kdekoliv Obrázek : Kdekoliv Obrázek : Kdekoliv
Výsledky Úvod Teorie Experiment Závěr Fotografie Měření luxmetrem Pozorování Fotografie Jasno pozorovaný vzor souhlasí s předpovídaným Zataženo polohu Slunce nelze s jistotou určit Měření s luxmetrem Intenzita mění se v závislosti na úhlové vzdálenosti od Slunce Žádné pravidelnosti v grafech Pozorování Jasno vzor pozorování s použitím polarizačních filtrů Zataženo jev není možné použít k navigaci
Závěr Úvod Teorie Experiment Závěr Světlo z oblohy je polarizované Nejvíce lineárně polarizovaného světla přichází ze směrů 90 od Slunce Stejný vzor i za zataženého počasí Experimenty Fotografie Měření intenzity světla Pozorování okem Metody nebyly dostatečně přesné na určení polohy Slunce za špatného počasí
Zdroje Úvod Teorie Experiment Závěr Berry, M. V.; Dennis, M. R.; Lee, R. L.: Polarization singularities in the clear sky. New Journal of Physics, November. Bohren, C. F.: Atmospheric optics. Chmi.cz: Český hydrometeorologický ústav - Snímky z družic MSG. 2010, 2011, [Online]. URL http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/meteo/sat/ data_jsmsgview.html Hegedus, R.; Akesson, S.; Wehner, R.; aj.: Could Vikings have navigated under foggy and cloudy conditions by skylight polarization? On the atmospheric optical prerequisites of polarimetric Viking navigation under foggy and cloudy skies. Proceedings of the royal society A, April. Sedlák, B.; Štolc, I.: Elektřina a magnetismus. Český Těšín: Academia, 2002, ISBN 80-200-1004-1.
Úvod Teorie Experiment Závěr Děkuji za pozornost