Metodický portál RVP.CZ prochází změnami. Více informací zde.
logo RVP.CZ
Přihlásit se
Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání

Zobrazit na úvodní stránce článků

Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání > Závislost osvětlení na vzdálenosti od zd...

Závislost osvětlení na vzdálenosti od zdroje

Praktický příspěvek
inspirace
V příspěvku bude proměřena závislost intenzity osvětlení na vzdálenosti od zdroje světla.

Čas na přípravu a provedení experimentu

Příprava pomůcek trvá několik minut.

Čas na proměření úlohy je maximálně 15 minut. (Bez následné diskuze s žáky.)

Potřebné pomůcky

Obr. 1 Potřebné pomůcky
Autorka: Naděžda Vogalová

  • zdroj světla (svíčka, čelovka, u které lze rozsvítit pouze jednu diodu, či jiný dostatečně bodový zdroj)
  • délkové měřidlo
  • Vernier LabQuest
  • čidlo intenzity světla (LS-BTA)
  • počítač

Příprava experimentu

Je potřeba si připravit dostatečně bodový zdroj světla, např. svíčku, u které je nutné, aby moc nekolísal plamen a aby rychle neodhořívala, nebo čelovku, na které lze rozsvítit pouze jednu diodu (zde je nutné předem proměřit, zda čelovka nesnižuje osvětlení v závislosti na vybíjení baterií).

Připojit Vernier LabQuest k počítači, na kterém je nainstalovaný program Logger Lite (zdarma ke stažení na www.vernier.cz). K Vernier LabQuestu připojit luxmetr LS-BTA a toto čidlo umístit do úrovně zdroje světla (uspořádání experimentu viz obr. 1).

Provedení experimentu

  • Před experimentem

Nejprve je dobré ve třídě položit otázku, co se bude dít s osvětlením, pokud se budeme vzdalovat od zdroje. Žáci z vlastních zkušeností vědí, že čím dál jsou od zdroje osvětlení, tím je osvětlení menší. Dále je dobré zjistit, jak rychle podle nich intenzita klesá s rostoucí vzdáleností: zda lineárně, kvadraticky či jinak.

  • Experiment

V počítači spustíme program Logger Lite. Dle obr. 2 nastavíme potřebné údaje (Mode: události se vstupy, Column Name: Vzdálenost od zdroje, Short Name: vzdálenost, Units: cm).

 

Změna údajů
Obr. 2 Změna údajů

Po nastavení těchto údajů můžeme začít měřit, a to stisknutím zeleného tlačítka Play (viz obr. 3).

Play
Obr. 3 Play

Dále umístíme čidlo světla do námi zvolené vzdálenosti (např. 5 cm) a klikneme na modré kolečko Zachovat (viz obr. 4)

Uložení naměřené hodnoty
Obr. 4 Uložení naměřené hodnoty

Do okna, které se objeví, vepíšeme vzdálenost čidla od zdroje a klikneme na OK. Tímto se nám hodnota osvětlení zanese do grafu.

Poté posuneme čidlo např. na vzdálenost 7 cm od zdroje, opět klikneme na modré kolečko Zachovat a vzdálenost změníme na 7 cm. Kliknutím na OK se i tato hodnota zanese do grafu. Takto pokračujeme až do vzdálenosti, kde se osvětlení už téměř nemění. Poté klikneme na červený obdélníček Zastavit, čímž ukončíme měření.

Získáme graf podobný grafu na obr. 5.

Naměřený graf
Obr. 5 Naměřený graf
  • Výsledek a rozebrání experimentu

Z grafu je vidět, že osvětlení se vzdáleností klesá. Je také vidět, že klesá rychleji než lineárně.

Pro přesné určení závislosti je nutné přenést naměřené hodnoty, např. do Excelu, zde vytvořit graf, přidat spojnici trendu (mocninnou) a zobrazit rovnici regrese. Z rovnice regrese je patrné, že náš graf nejvíce odpovídá funkční závislosti `1/x^2`.

Tato závislost se dala odhadnout již předem. Osvětlení se šíří do plochy koule, jejíž povrch roste s druhou mocninou poloměru.

Na co si dát při provádění experimentu pozor

  • Je nutné nastavit vhodný rozsah světelného čidla.
  • Zvolit vhodný zdroj osvětlení (např. zdroj napájený stejnosměrným proudem či svíčku).
  • Pokud volíme zdroj napájený bateriemi, je nutné zjistit, zda osvětlení měřitelně neklesá kvůli vybíjení baterií.
  • Je nutné používat dostatečně bodový zdroj osvětlení (není vhodná např. žárovka, či čelovka s více diodami).
  • Pokus provádět v místnosti se stálým osvětlením, pozor i na drobnosti jako zakrytí slunce mraky.

Co by si měli žáci z tohoto experimentu odnést

  • Osvětlení s narůstající vzdáleností od zdroje klesá. Klesá rychleji než lineárně.
  • Osvětlení klesá s druhou mocninou vzdálenosti.
  • Osvětlení klesá s druhou mocninou vzdálenosti, protože se rozkládá do povrchu koule, jejíž povrch roste s druhou mocninou poloměru.
  • Pár poznatků o zpracovávání naměřených dat v Excelu. (Vytvoření grafu, nalezení rovnice regrese, ...)
V případě pochybností o aktuálnosti či funkčnosti příspěvku využijte tlačítko „Napište nám“.
Napište nám
Celkové hodnocení článku
Přidat komentář Citovat článek