Pozor! Jste na staveništi. Více informací zde.
logo RVP.CZ
Přihlásit se
Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání

Zobrazit na úvodní stránce článků

Titulka > Modul články > Gymnaziální vzdělávání > Difrakce na štěrbině a na mřížce

Difrakce na štěrbině a na mřížce

Praktický příspěvek
inspirace
uč.hodina
Několik jednoduchých experimentů, které pomohou pochopit difrakci světla.

Vlnová optika nepatří pro žáky mezi nejjednodušší části fyziky, protože si často neumí dostatečně dobře představit vlnovou povahu světla. A přitom jevy studované vlnovou optikou (interference, difrakce, polarizace...) patří mezi velmi často používané jevy v praxi: antireflexní vrstvy na sklech brýlí nebo na objektivech fotoaparátů, hologramové ochranné prvky (kupony MHD, dálniční známky...), přesné určování malých délkových rozměrů... Následující experimenty (dva z nich mohou žáci provést samostatně třeba i doma) mohou přispět k lepšímu pochopení uvedených jevů.

Difrakce (ohyb) světla bez pomůcek

První experiment lze provést skutečně bez pomůcek - stačí palec a ukazováček jedné ruky. Zavřeme jedno oko, druhým zaostříme pohled na jasný vzdálený předmět (stačí ve vzdálenosti 1 m až 2 m) a těsně před otevřené oko přiblížíme palec a ukazováček ve vodorovné poloze nad sebou. Mezerou mezi prsty pozorujeme vzdálený předmět, na který máme stále zaostřen pohled, a postupně pomalu přibližujeme prsty k sobě.
Kolem prstů můžeme vidět světlé a tmavší proužky (jako kdyby byly prsty rozmazané) a při velmi pomalém přibližování prstů k sobě lze dokonce vidět spojení prstů v jednom bodě dříve, než se prsty skutečně navzájem dotknou (dotyk přitom ucítíme).
Vysvětlení experimentu vyplývá z ohybu světla na prstech resp. na štěrbině, která mezi nimi vzniká. Světlo se dostává i do oblasti geometrického stínu (tj. oblasti, která je před dopadem světla chráněná prsty) a světelné vlny, které vycházejí z různých částí štěrbiny mezi prsty, při dopadu na sítnici oka navzájem interferují. Proto vidíme střídání světlých a tmavých proužků kolem prstů; proužky přitom odpovídají interferenčním maximům a minimům.

Difrakce (ohyb) světla s jednoduchými pomůckami

K dalšímu experimentu budeme potřebovat běžné pomůcky, které žák snadno najde i doma: svíčku, zápalky, jemné pírko, svítivé diody (tzv. „LEDky" - např. svítilna ke kolu), zdroj napětí pro svítivé diody (viz obr. 1). Pro obyvatele měst bude asi největší problém sehnat pírko. Pokud je možné si vybrat, je dobré použít spíše jemnější pírka.

Obr
1. Obr

V zatemněné místnosti zapálíme svíčku (pozor na bezpečné zacházení s ohněm) a postavíme ji na stůl. Vedle ní můžeme rozsvítit i svítivé diody. Ze vzdálenosti alespoň jednoho metru pozorujeme jedním okem přes ptačí pírko, které držíme těsně u oka, plamen svíčky a svítivé diody. Při troše šikovnosti uvidíme pěkný difrakční obrazec, jehož tvar bude záviset na barvě světla zdroje. Při pozorování (téměř) bílého světla svíčky bude barevný obrazec tvořen barevnými proužky (viz obr. 2), při pozorování monofrekvečního světla svítivé diody bude obrazec tvořen proužky v barvě světla této diody. Při použití různobarevných svítivých diod je možné ověřit i závislost difrakčního obrazce (při dané mřížkové konstantě) na vlnové délce.
Tvar interferenčního obrazce odpovídá struktuře pírka - proto může být interferenční obrazec různě členitý a kolem zdroje světla se několikrát opakovat.

Obr
2. Obr

Není-li k dispozici jemné ptačí pírko, můžeme se na uvedené zdroje světla podívat přes zamlžené sklo brýlí, přes látku běžného bavlněného trička nebo rozevřeného deštníku. Ve všech případech uvidíme difrakční obrazec ve tvaru soustředných kružnic.
Vznik difrakčního obrazce na pírku (resp. na skle nebo látce) je způsoben průchodem světla „optickou mřížkou", která je tvořena jemným chmýřím na pírku, drobnými kapičkami vysrážené vodní páry na sklu brýlí resp. jemnou strukturou látky.

Difrakce (ohyb) světla s „profesionálním" vybavením

K poslednímu popisovanému experimentu je zapotřebí optická mřížka (bývá součástí sad pro experimenty z optiky), dataprojektor a počítač. V počítači otevřeme libovolný grafický program (stačí ten nejjednodušší, který je součástí každé instalace operačního systému) a na černé pozadí přes celou obrazovku nakreslíme svislý, velmi úzký bílý obdélník. Obraz z tohoto počítače promítneme dataprojektorem na plátno. Před objektivem dataprojektoru podržíme optickou mřížku. Na plátně se v místě bílého obdélníku objeví barevný difrakční obrazec (viz obr. 3).

Obr
3. Obr

Experiment lze modifikovat tak, že bílý obdélník nakreslený v grafickém programu rozdělíme na několik částí a každou z nich obarvíme jinou barvou. Při dané optické mřížce, kterou vkládáme před objektiv dataprojektoru, lze pozorovat závislost šířky difrakčního obrazce na barvě světla, které optickou mřížkou prochází (viz obr. 4).

Obr
4. Obr

Vysvětlení obou experimentů vyplývá z difrakce světla na optické mřížce. Výhodou tohoto experimentu je, že jej lze „promítnout" celé třídě najednou a difrakční obrazec, který vidí všichni žáci, společně rozebrat, vysvětlit a upozornit na jeho důležité charakteristiky.

V případě pochybností o aktuálnosti či funkčnosti příspěvku využijte tlačítko „Napište nám“.
Napište nám