FIZIKA Poskusi s svetlobo - 1. del vU vU sU Andrej Likar in Nada Razpet -> Ob mednarodnem letu svetlobe (2015) smo na strokovnem srečanju DMFA Slovenije, ki je potekalo na Fakulteti za matematiko in fiziko v Ljubljani, postavili ne povsem standardne šolske poskuse, ki so vezani na svetlobo. Za izvajanje nekaterih od njih ni težko najti optičnih pripomočkov, kot so leča, ravno zrcalo, kozmetično zrcalo, potrebno pa je nekaj pridnosti in spretnosti, da poskuse tudi postavimo. Pri vsakem poskusu smo navedli potrebne pripomočke, jih fotografirali, zapisali, kako poskus izvedemo, in dodali še kratko razlago ter navedli, kje v literaturi lahko o fizikalnem ozadju poskusov izvemo kaj več. Poskusi so razdeljeni v več skupin: Prostorske slike ■ Preslikave z ravnimi zrcali ■ Ukrivljena zrcala ■ Sestavi ukrivljenih zrcal Preslikave z lečo Poskusi z laserskim kazalnikom ■ Valovna optika ■ Polarizacija svetlobe in optična aktivnost ■ Ukrivljeno zrcalo s folijo. Upamo, da bo ta spomin na leto svetlobe koga od bralcev Preseka vzpodbudil, da se bo kakega poskusa lotil sam. Prostorske slike Opazovanje slik, ki pricarajo globino, je znano že zelo dolgo casa. Danes si lahko ogledamo filme z iluzijo prostora. Predmete v naravi gledamo z obema ocesoma. Ker se sliki na mrežnicah levega in desnega ocesa nekoliko razlikujeta, lahko možgani pridelajo vtis globine. Za vtis globine pri opazovanju slik potrebujemo loceni sliki za vsako oko, ki sta usklajeni kot pri opazovanju predmeta v naravi. Tudi tu možgani zlijejo obe sliki v prostorsko sliko. Kako naj torej postavimo poskus? Lahko narišemo eno sliko tako, kot bi jo videlo levo oko, drugo pa tako, kot bi jo videlo desno. Namesto risanja lahko naredimo dve fotografiji, eno za levo in eno za desno oko. Ob gledanju moramo omogociti, da vsako oko gleda svojo sliko. To lahko naredimo na vec na-cinov. Uporabimo lahko ravno zrcalo, stereoskop, se potrudimo in zlijemo sliki z bolšcanjem ali uporabimo anaglifne slike. Uporaba ravnega zrčala SLIKA 1. Sliki na računalniškem zaslonu in postavitev zrcala Pripomocki: podstavek, zrcalo (ali prizma), sliki. Navodilo. Fotografijo, ki smo jo naredili za desno oko, zrcalno obrnemo okrog navpicne zrcalne ravnine. Obe sliki potem postavimo na racunalniški zaslon eno poleg druge (slika 1). Zrcaljenje in postavitev omogocajo številni graficni programi, mi smo uporabili IrfanView. Zrcalo naj bo med obema oce-soma. Postavimo ga tako, da z levim ocesom gledamo levo sliko, z desnim pa v zrcalu ponovno obrnjeno desno sliko. Zrcalo pocasi vrtimo, da se sliki zlijeta v eno. Ko se zlijeta, smo slepi za ozadje. Namesto zrcala lahko uporabimo prizmo. 8 PRESEK 44 (2016/2017) 2 FIZIKA Stereoskop S stereoskopom gledamo ustrezni sliki udobno skozi leči, pri čemer se na gledanje ni potrebno posebej privajati. Leči na doma izdelanem stereoskopu sta bili odviti iz zavrženega manjšega daljnogleda. Razmik med lečama in oddaljenost od slike morata biti taki, da z vsakim očesom gledamo svojo sliko, ki se zlije v eno. Navodilo. Izdelajte stereoskop in ustrezne slike ter opazujte prostorske slike. Preberite članek v Preseku, ki podrobno opisuje izdelavo stereoskopa in ustreznih slik. SLIKA 2. Stereoskop domače izdelave Pripomočki: stereoskop, slike. Stereogrami Potem so tu še stereogrami. Ko gledamo stereogram z obema očesoma, ne smemo gledati hkrati iste točke. Stereograme gledamo tako, kot se zazremo v daljavo, nekako bolščimo vanje. Zanimive stereograme najdete v publikaciji Boruta Jurčiča Zlobca, Stereogrami, pa tudi na spletu. Navodilo. Navodila za gledanje stereogramov so različna. Pred obe očesi postavite kazalec ene roke. Zazrite se v oddaljen predmet. Ko boste namesto enega videli dva kazalca, poglejte na sliko. SLIKA 3. Stereogram iz knjige Stereogrami Boruta Jurčiča Zlobca pa z levim očesom. Za gledanje slik zato potrebujemo očala z rdečim in modrim filtrom. Primera ana-glifnih slik smo narisali s programom GeoGebra. Pripomočki: računalnik, modro-rdeča očala. Navodilo. Nataknite očala in poglejte sliko. Enkrat imejte rdeče obarvan del očal na levem, drugič pa na desnem očesu. Kaj opazite? Literatura [1] A. Likar, Pricarajmo prostorsko sliko, Obzor. mat. fiz. 62, 6, 2015, 218-222. [2] B. Jurčič Zlobeč, O streogramih, Logika & Razvedrilna matematika, 1994-1995, 3, 5-8. [3] B. Jurčič Zlobeč, Stereogrami, Math 1994. [4] M. Venčelj, Stereoskopske slike, narejene s programom perspectus, Presek, 21, 1993/94, 5, 319-320. [5] T. Baččei, Magično oko, Založba Obzorje, Maribor, 1994. Ravna zrcala Anaglifne slike Kalejdoskop Prostorske slike lahko ustvarimo z računalniškimi programi. To so tako imenovane anaglifne slike. Programi tvorijo sliki za levo in desno oko, ki sta različno obarvani. Sliki sta prekriti, rdeče obarvane črte so namenjene gledanju z desnim, modro obarvane Kalejdoskop simetrično preslika povsem naključno porazdelitev barvnih steklenih drobčev. Simetrična slika nas navduši. Da lahko večkratne slike v čevasto postavljenih zrčalih udobno opazujemo, morajo biti drobči blizu čevi. PRESEK 44 (2016/2017) 2 9 FIZIKA SLIKA 4. Anaglifne slike Pripomočki: trije enako veliki ravni zrcalni trakovi, tulec, paus papir, kos črnega kartona, lepilni trak, škarje, prozorna škatlica z majhnimi predmeti. Navodilo. Tri ravne zrcalne trakove zalepimo tako, da tvorijo plašc tristrane prizme (slika 6). Zrcalne površine naj gledajo druga drugo. V prozorno škatlico damo košcke obarvanega stekla ali prosojne barvne plastike. Iz crnega kartona izrežemo krog z luknjo za gledanje. Namesto prozorne škatlice lahko odrežemo približno 5 mm visok valj. Na enem koncu ga zapremo s paus papirjem, vanj nasujemo nekaj košckov obarvanega stekla ali plastike in nato drugo SLIKA 5. Pogled skozi kaledoskop (zgoraj). Industrijski kalejdoskop (spodaj). ploskev zapremo s prozorno folijo za živila. Namesto zrcal lahko uporabimo zrcalno tapeto. Na tržišcu lahko najdemo tudi kalejdoskope, ki imajo na eni strani gibljivo krožno plošco (z vecjim premerom, kot je premer valja) z luknjami, ki so prekrite z barvnim steklom. Krog vrtimo okrog osi, ki je na plašcu valja. Najdemo tudi take, kjer tvori sliko debela okrogla leca na enem koncu kalejdoskopa. Pri njem ne potrebujemo steklenih drobcev, sliko spreminjamo z lego kalejdoskopa. Poglejte še skozi industrijsko izdelan kalejdoskop. Palica z barvnimi delci naj bo nagnjena tako, da bodo delci v tekocini padali. Blizu postavljena vzporedna zrcala Pripomocki: mikrometrski vijak. Navodilo. Spreminjajte razdaljo med zrcalnima koncema mikrometrskega vijaka in glejte skozi špra- 10 PRESEK 44 (2016/2017) 2 FIZIKA SLIKA 6. Sestavni deli kalejdoskopa (zgoraj). (spodaj). Izdelava kalejdoskopa njo. Zakaj se pojavljajo svetle in temne proge, ko gledamo v belo svetilo? Ce bi šlo za interferencne proge, bi bile le-te obarvane. Ravna zrcala pod kotom Slike v vecih ravnih zrcalih istega predmeta lahko zli-jemo v zanimive kompozicije Navodilo. Postavite dva predmeta tako, kot kažeta sliki. Glejte v smeri stika med zrcaloma. Počasi spreminjajte kot med zrcaloma. Kaj opazite? Koliko slik vidite? Ali so vse slike zrcalno simetricne? Kaj pa, ce premaknete glavo in ne gledate v smeri stika med zrcaloma? SLIKA 7. Vzporedni žarki iz oddaljenega zaslona se na dveh blizu postavljenih ravnih zrcal večkrat odbijejo (zgoraj). Pogled skozi režo, ki jo tvorita zelo blizu postavljeni vzporedni zrcalni ploskvi mikrometra (spodaj). Tri med seboj pravokotno postavljena zrcala Slike, ki jih opazujemo v treh, medsebojno pravokotnih zrcalih, so nenavadne in nudijo obilo sveže snovi za zagrete ucence. Na trgu najdemo celo igra-co, ki ni nic drugega, kot so ta zrcala. Pripomocki: tri enaka ravna zrcala, ki jih zlepimo pod pravim kotom, da tvorijo koordinatne ravnine. Navodilo. Poglejte se v zrcala. Kaj opazite? Zrcala dvignite s podlage oziroma jih bolj ali manj nagnite -> 11 PRESEK 44 (2016/2017) 2 FIZIKA SLIKA 8. Tri oziroma štiri slike dveh predmetov SLIKA 9. Koliko je ura? SLIKA 10. Tri med seboj pravokotna zrcala proti sebi. Kaj opazite? Zrcala počasi sukajte okoli osi, ki gre skozi skupno oglišče zrcal. Kaj opazite? Odsevnik Pripomočki: skica za izdelavo odsevnika (slika 11 spodaj), alu folija ali zrcalna tapeta, karirast papir, lepilo, škarje, kresnicka. SLIKA 11. Odsevnik (zgoraj). Shema za izdelavo odsevnika (spodaj). Navodilo. Po crnih crtah zarežemo s škarjami. Rde-ce crte pomenijo pregib na hrib, zelene pa pregib na dolino. Na odsevnik posvetimo s svetilko iz razlic- 12 PRESEK 44 (2016/2017) 2 FIZIKA nih smeri. Izdelajte še odsevnike, ki so predlagani v dodatni literaturi. Literatura [1] B. Rovšek, Odsevnik - kako deluje in kako ga naredimo, Naravoslovna solnica, 13, 2, 2009. [2] N. Razpet, Dve ravni zrcali, še neobjavljeno. [3] J. L. P. Ribeiro, Are You Ready, Kids? It's Spon-geBob Triclops!, The Physics Teacher 53, 2015, 298-299. [4] A. Likar, Skrivljena zrcala, Presek, 26, 1998/99, 2, 66-70. Ukrivljena zrcala Pri ukrivljenih zrcalih si pomagamo s prozornimi folijami, odbojnimi izolacijskimi plastičnimi folijami, ki jih najdemo v avtomobilskem paketu prve pomoci, kromiranimi zajemalkami in igracami. Parabolicna zrcala, narejena za opticne poskuse, pa so za šolsko rabo mnogo predraga. Preslikave s plastično folijo Pripomocki: prozorna plasticna folija, crn karton, majhen predmet. Navodilo. Prozorno folijo pritrdite na crn karton in tako narejeno zrcalo postavite navpicno. Pred zrcalo postavite predmet. Zrcalo z obeh strani pocasi ukrivljajte proti sebi. Ob koncu poskusa naj ima zrcalo obliko plašca valja (konkavno cilindricno zrcalo). Opazujte, kaj se dogaja s slikami. Poskus ponovite še s kosom zrcalne tapete. Poskusite slike še konstruirati. Realna slika s cilindričnim zrcalom Pripomocki: valjasta posoda, kos zrcalne tapete, predmet. Navodilo. Zrcalno tapeto položite v valjasto posodo, kot kaže slika 13. V posodo postavite predmet (spreminjajte višino predmeta), pojavi se »viseca« slika predmeta. SLIKA 12. Gibko zrcalo s plastično folijo (zgoraj). Slika v konkavnem cilindričnem zrcalu (spodaj). Igranje s cilindričnim zrcalom Pripomočki: okrogla plošca, kos zrcalne tapete, predmet za preslikavo. Navodilo. Kos zrcalne tapete počasi upogibajte tako, da bo imela na koncu obliko dela plašča valja (konkavno cilindricno zrcalo). Opazujte sliko predmeta. Mi smo za poskuse uporabili okroglo kuhinjsko desko. Najprej je slika zrcalna (ko tapeta ni upognjena), potem se slika razteguje, nato vidimo pri straneh še PRESEK 44 (2016/2017) 2 13 FIZIKA SLIKA 13. »Viseča« slika predmeta v cilindričnem zrcalu delne slike, ko pa ima zrcalo obliko plašča valja, pa slika ni več zrcalna. Nato zrcalo počasi vrtite okrog vodoravne osi, kot kažejo slike 15. Opazujte, kako se spreminja položaj slike. Z zrcalom preslikajte še svoj obraz. Komentar. Kot med desko in podlago oznacimo z a. Ko je kot a = 45°, je slika postavljena navpicno, ko pa je kot a = 180°, pa je slika obrnjena. Slika se torej zasuka za 2 a. Oblikujte še konveksno cilindricno zrcalo in ponovite poskuse, ki ste jih opravili s konkavnim cilin-dricnim zrcalom. Opišite razlike. (Vec o konkavnem cilindricnem zrcalu bo objavljeno v enem od naslednjih Presekov.) »Mirage« Na tržišcu lahko najdemo posebno opticno igraco, sestavljeno iz dveh konkavnih zrcal, od katerih ima ena odprtino. Predmet postavimo na dno konkavnega zrcala in ga pokrijemo s prav takim zrcalom z odprtino. Nad odprtino opazimo »plavajoc« predmet. Doma narejen »Mirage« Tudi sami lahko izdelamo napravo, s katero gledamo lebdece slike. Eno od njih smo izdelali z zajemalko in ravnim zrcalom s prozorno odprtino. Pripomocki: zajemalka, podstavek z valjem, elastika, kroglica kot predmet. SLIKA 14. Počasi ukrivljamo avtomobilčka. zrcalno tapeto in opazujemo sliko 14 PRESEK 44 (2016/2017) 2 FIZIKA SLIKA 15. Cilindrično zrcalo vrtimo okrog vodoravne osi. SLIKA 16. Miraževa slika kovanca SLIKA 17. Mirage z zajemalko, ki ga lahko izdelamo sami (zgoraj). Potek žarkov od predmeta na dnu proti prozorni odprtini (spodaj). Navodilo. Premikajte kroglico in opazujte njeno realno sliko. Kam moramo postaviti predmet, da lahko opazujemo sliko? 18 Školjčna postavitev dveh konkavnih krogelnih zrcal g E £ Pri uporabi kopalniških konkavnih zrcal si pomagamo s školjčno postavitvijo, kjer prav tako opazujemo lebdečo sliko primerno postavljenega predmeta. PRESEK 44 (2016/2017) 2 15 RAZVEDRILO N/ NK Nagradna križanka 16 PRESEK 44 (2016/2017) 2 RAZVEDRILO ORANŽNA PIDLOGA JEDEM Z ŽARA \ P* ' m NEPRETI-RANOST KONEC' DRŽAVE PEVEC IN KITARIST PRESLEY DEL HLODA ZA IZDELOVANJE DEŠČIC ZA OBODE SIT HRVAŠKO OBMEJNO NASELJE OB DONAVI BERAČICA IZVORAN- ČEVE JAMNICE 1 i , vv 1 : x ♦ 12 PESNII FRITZ NAŠ BOREC ZA S. MEJO KRAJ PRI MARIBORU PP 8 ENOTA ZA ELEKTRIČNO NAPETOST IGRALKA ZALTA MI, VI, ? GLASBENI INTERVAL SISTEMATSKA KATEGORIJA ŽIVIH BITU, RED m BOJAZ-UIVEC, OMAH-UIVEC NAŠ LITERARNI ZGODOVINAR (JANKO) / TEKOČINA, KISE \ IZLOČI PRIPRAVA ZA ČIŠČENJE ZEMLJE S PLUGA MATEMATIČNA KONSTANTA TRETJI PROGRAM RADIA SLOVENUA KRALJEVIČ IZ MAHAB-HARATE IZRAELSKI PARLAMENT KRAJ NAD DVOROM PRI ŽUŽEMBERKU RENU PIŠČALK LUBJASTE CEVKE MINERAL, RAZLIČEK ORTOKLAZA IZDELEK ZA PRIVEZOVANJE IZDELOVALEC OPANK VINSKO ŽGANJE BIBLIJSKI OČAK SISTEMATIČNO VPISOVANJE PODATKOV 10 CEVKASTA KEMIJSKA POSODICA OKTOBER FRANCOSKI SKLADA-TEU PRIMERNA, DOPUSTNA KOLIČINA AU STOPNJA DVOBO-JEVALEC 4 PEVKA SIRK > • * POZIMI VIDNO ZODIA-KALNO OZVEZDJE VELIKA SLADKOVODNA RIBA EPOHA EDVARD RUSJAN BOLEZEN GIBALNEGA SISTEMA POKOJNI ENIGMATIK LESKOVŠEK IZVOZ NAŠA EVROPSKA POSLANKA TOMC AM.IGRA-LEQ(CHRK- HILLARY CLINTON 14 PRISTANIŠČE NA SEVERU ČILA 7 NEKDANJI AV5TRII. SMUČAR (STEPHAN) DEKOR * KALCII KRAK CEVNE AU ŽIČNE NAPELJAVE KILOMETER SAMARII NIZOZ. FIZIK (SIMON NAGRADNI RAZPIS ELI WALLACH CITROENOV OLD-TAJMER ZA LAZU DOSTOP STIK DVEH PLOSKEV NEKDANJE PAPEŽEVO POKRIVALO 5 FRANCE KRIŽANIČ 9 1 U^LCVllLClllll PW±J vpiJILC OJVLipaj / osebnimi podatki v obrazec na spletni strani www.presek.si/krizanka ter ga oddajte do 1. decembra 2016, ko bomo izžrebali tri nagrajence, ki bodo prejeli knjižno nagrado. XXX OZRAČJE 0MFA RAHEL NIHAJ SEM IN TJA PODZEMNA ŽIVAL / DOTIK / DVEH l GIBAJOČIH \ SE TELES PRESEK 44 (2016/2017) 2 17 FIZIKA 15 cd 'd ro > "E To £ "O -M CD LO Barvni sudoku vU nU vU V 8 x 8 kvadratkov moraš vpisati začetna naravna števila od 1 do 8 tako, da bo v vsaki vrstici, v vsakem stolpcu in v kvadratkih iste barve (pravokotnikih 2 x 4) nastopalo vseh osem števil. SLIKA 18. 70-stopinjski razpor dveh konkavnih krogelnih zrcal Pripomočki: konkavni zrcali v okvirju, stojalo, prižeme, predmet. Navodilo. Postavite predmet tako, da boste videli realno sliko. Kje je lahko predmet in kje je realna slika predmeta? Spreminjajte kot med zrcaloma. Kako to vpliva na lego slike? Konstruirajte sliko pri školjčni postavitvi z enim od programov za dinamično geometrijo. Literatura [1] A. Likar, Odboj svetlobe in zrcala, Presek, 42, 5, 2014/2015, 13-15. [2] A. Likar, N. Razpet, Večkratni odboji svetlobe na konkavnih zrcalih,, Presek, 43, 6, 2015/2016. [3] A. Sieradzan, Teaching geometrical optics with the »optic mirage«, Phys. Teach. 43, 2005, 254256. _ XXX O a D m > a < oo > m 3 1 7 5 5 2 7 3 6 8 5 8 3 7 4 8 5 6 6 1 P 8 S E LI 9 Z L L Z 9 E S P 8 7 M 4 1 9 E 8 S E 9 8 S L P L Z S L l 8 P Z 9 £ 6 Z 3 P S 8 L L 8 E P L Z 9 S L 2 5 L 9 8 LE P XXX 18 PRESEK 44 (2016/2017) 2