Čtení textu přes zkumavku s vodou

Každé oživení výuky fyziky může být pro žáky základních i středních škol motivační k dalšímu studiu fyziky. Zejména vhodné jsou experimenty, které mají na první pohled netradiční průběh nebo mají průběh takový, jaký žáci v žádném případě předem neočekávají. Jedním z takových experimentů je pokusit se číst přes zkumavku s vodou předem připravený text.

Příprava experimentu

Ke zdárnému průběhu experimentu budeme potřebovat obyčejnou zkumavku s takovou zátkou, aby ji bylo možné bezpečně uzavřít. Zkumavku je nutné ovšem před jejím uzavřením téměř zcela naplnit vodou. Vzhledem k malé stlačitelnosti vody není možné celou zkumavku naplnit vodou a uzavřít jí gumovou nebo korkovou zátkou. Zkumavku tedy nesmíme naplnit až po okraj. Vzduch nad hladinou vody ve zkumavce je stlačitelný relativně snadno, a proto lze ne zcela naplněnou zkumavku pevně uzavřít zátkou (viz obr. 1). Vzduchová bublina vlastní pozorování neruší a nehraje při něm žádnou roli. Učitel ovšem musí být připraven na případnou reakci žáků, že na první pohled podivné vlastnosti optického zobrazení zkumavkou jsou ovlivněny právě touto bublinou.

1. Pomůcka přirpavená k použití

Dále je nutné připravit text, který bude obsahovat dva sloupce slov (případně lze použít slovní spojení nebo celé věty). V prvním sloupci budou slova tvořena pouze těmi písmeny, která nejsou souměrná podle vodorovné osy. Z písmen anglické abecedy jsou za nesouměrná podle vodorovné osy většinou považována písmena A, F, G, J, L, M, N, P, Q, R, S, T, U, V, W, Y a Z. Ostatní písmena (tj. B, C, D, E, H, I, K, O a X) jsou považována za souměrná. Formulace „jsou považována za souměrná“ je uvedena proto, že podle technických norem je přesně souměrných písmen výrazně méně. To lze zjistit i při pozorném čtení přímo tohoto textu: např. písmena B, C nebo K nejsou přesně souměrná, ačkoli jsou za ně běžně považována. Pokud budeme chtít výše zmíněné dva sloupce slov psát v textovém editoru na počítači a žákům je vytisknout, je nutné volit správný font, ve kterém se písmena skutečně budou jevit jako souměrná (zejména písmeno K je v tomto ohledu problematické). Z vlastní zkušenosti doporučuji font Verdana, tučný, velikost 16 bodů. Ten se ukázal jako nejvhodnější pro tento experiment (viz obr. 2). Několik slov je k dispozici v přiloženém pracovním listu.

2. Ukázka připraveného textu

Provedení experimentu

Žáci, kteří předem nesmí o způsobu přípravy textu vědět, mají za úkol vysvětlit rozdíly v pozorování obrazů slov v obou sloupcích vytvořených pomocí zkumavky s vodou. Při vlastním experimentu si žák položí papír s textem na stůl, vezme do ruky zkumavku s vodou a drží jí vodorovně ve vzdálenosti asi 2 cm od papíru tak, aby zkumavka byla nad jedním řádkem slov. Oči jsou přitom zhruba v konvenční zrakové vzdálenosti od zkumavky. Žák má nyní na základě pozorování (viz obr. 3) vysvětlit rozpory v zobrazení textu v obou sloupcích.

3. Ukázka pozorování během experimentu

Vysvětlení a přínos experimentu

Pozorujeme-li přes zkumavku s vodou text, má zkumavka naplněná vodou vlastnosti spojné čočky. Při pozorování předmětů, které jsou blíže ke středu zkumavky, než je její ohnisková vzdálenost, vytváří zkumavka převrácený obraz. Fakt, že je obraz neskutečný a zvětšený, nehraje pro experiment roli – neskutečný obraz lze pozorovat spojným systémem oka a velikost obrazu nemá na průběh experimentu vliv. Zkumavka vytváří převrácený obraz všech písmen, ale ta písmena, která jsou souměrná podle vodorovné osy, vypadají stejně jako při přímém pozorování.

Při hraní si s touto pomůckou si žáci uvědomí, že vlastnosti spojné čočky nemusí mít jen skleněné nebo plastové čočky, které znají z brýlí či ze školních souprav, ale že např. i voda nalitá do skleněné nádoby může mít vlastnosti spojky. A to může být pro praxi velmi důležité: existují vázy na květiny z nebroušeného skla, které mají kulový tvar, a které mohou být za slunečného letního dne velmi nebezpečné, pokud je postavíme "na správné místo". Dále žáci uvidí jiný tvar optického prvku, kterým lze zobrazovat okolní předměty, než jsou klasické tvary čoček.

Tento experiment je vhodné spojit s výukou shodných zobrazení (zejména s výukou osové souměrnosti) v matematice.

Tímto experimentem lze také ukázat souvislost fyziky a literatury. Např. francouzský spisovatel Jules Verne (1828 – 1905) použil čočku vyrobenou z ledu k zapálení ohně v románu Dobrodružství kapitána Hatterase (1866). Můžeme se žáky diskutovat, zda to je možné nebo není a za jakých podmínek.