Domů > Odborné články > Gymnaziální vzdělávání > Lom světla hranolem „zážitkově“
Odborný článek

Lom světla hranolem „zážitkově“

27. 11. 2009 Gymnaziální vzdělávání
Autor
Martina Kekule
Spoluautor
Tomáš Kekule

Anotace

Lom při průchodu světla hranolem patří k typickým pokusům v základních a středních školách. Zkuste žákům zprostředkovat přímý zážitek ze zalomeného paprsku pomocí brýlí s hranolem.

Jak v základní, tak ve střední škole, patří lom světla k základnímu učivu, kterým se obvykle (spolu s odrazem) začíná téma optiky. Lom při průchodu světla hranolem patří k typickým pokusům na obou stupních škol. Zkuste žákům zprostředkovat přímý zážitek ze zalomeného paprsku pomocí brýlí s hranolem.

Výroba brýlí je velmi jednoduchá. Jako základ lze použít jakékoli čiré nezkreslující brýle např. ochranné (k dostání v různých hobby obchodech za cca 50 Kč). „Skla" polepíme nejlépe tmavým papírem s prostřiženým obdélníkem pro průhled jednoho oka. Na toto místo připevníme hranol (např. pomocí průsvitné izolepy). Stěnu hranolu, která je blíže našemu nosu necháme volnou, druhou zalepíme. Nakonec můžeme brýle ještě pomalovat, pokud je chceme udělat zajímavější zejména pro mladší žáky.

Hranolové brýle
1. Hranolové brýle

 

Hranolové brýle
2. Hranolové brýle

Pohled skrz brýle je mírně deformovaný, s duhou okolo hran objektů. Především je ale vlivem lomu světla posunutý. Pokud se díváme skrz brýle, vidíme předměty jinde, než kde ve skutečnosti jsou, protože mozek je adaptován na přímočaré šíření světla. Úhlový rozdíl záleží na konkrétním použitém hranolu.

Pohled skrz brýle
3. Pohled skrz brýle

 

Princip posunutí obrazu předmětu
4. Princip posunutí obrazu předmětu

Se žáky můžeme uskutečnit několik krátkých aktivit s brýlemi. Než se žáci seznámí s principem lomu světla hranolem, necháme je vyzkoušet několik běžných činností právě s těmito brýlemi. Velmi efektní je podání ruky spolužákovi, ukázání směru, kde jsou dveře, kterými by žák mohl projít apod. Úkoly by měly zahrnovat lokalizaci vcelku blízkých objektů, aby byl patrný rozdíl. POZOR – důležité je, že žák nevidí vlastní ruku, kterou chce podat, či kterou ukazuje směr. Jinak mozek během okamžiku (většinou si všimnete jen lehkého cuknutí ruky) zkoriguje směr a žák provede úkoly bez problémů. Je třeba počítat s tím, že ti bystřejší mohou očekávat posunutí obrazu vlivem hranolu.

Další úkoly mohou spočívat v určování zdánlivého posunutí věcí, předmětů, které stojí před žákem. Např. na lavici před sebou žák položí tenký proužek papíru a po nasazení brýlí zjišťuje, kam se posunul. (Chcete-li vše odlehčit, můžete se žáků zeptat, jak by se jim s takovými brýlemi opisovalo.) Pozorování si zakreslí do sešitu, později se na něj můžeme odkázat např. při výkladu.

Poté můžeme hranol přehodit tak, že nezaslepená strana bude na vnějším koutku oka. Jaký obraz budeme pozorovat, podíváme-li se před sebe? Můžeme si např. představit, že pozorujeme tři barevné příšerky, a to tak, že zelená je přímo před námi (viz obr. 5) Obraz se opět posune, tentokrát však doprava. Proto uvidíme zřejmě zelenou a modrou, červená už bude posunutá mimo zorné pole příliš doprava. Pro žáky si můžeme připravit nějakou konkrétní situaci ve třídě, kde předmětem, který se zobrazí mimo zorné pole, mohou být např. zárubně dveří apod.

Ilustrace úlohy
5. Ilustrace úlohy

 

Řešení úlohy
6. Řešení úlohy

Dále můžeme pokračovat v podrobnějším prozkoumání geometrie lomu světla. Začneme jednoduchou úlohou určení obrazu tužky, kterou přiložíme těsně k hranolu, jenž je připevněn na brýlích. Která z nabízených možností odpovídá pozorování?

Alternativy odpovědí
7. Alternativy odpovědí

Budou-li žáci přejíždět tužkou od jedné hrany hranolu ke druhé, mohou si všimnout, že se posunutí „střední" části tužky vzhledem k okolním částem zvětšuje/zmenšuje. Podobný jev mohou žáci pozorovat, pokud budou pohybovat hranolem na připraveném obrázku 8.

 

 

Šablona pro pozorování zkreslení  obrazů čar při pohledu skrz hranol
8. Šablona pro pozorování zkreslení obrazů čar při pohledu skrz hranol

Všechny tři čáry jsou ve výchozí poloze posunuty, posunutí se však v průběhu pohybu mění, a to tak, až jsou všechny tři v jedné polorovině, která je ohraničena čárou vně hranolu. Úkolem žáků je pozorovaný jev vysvětlit. Úkol můžeme rozdělit do dvou částí:
1) nejprve vysvětlit pouze posunutí obrazu čáry po přiložení hranolu
2) vysvětlit, proč je při posunutí efekt zřetelnější

V běžné třídě se můžeme spokojit s kvalitativními náčrtky (viz obr. 9 a 10), které zhruba osvětlují daný problém. Obrázek 9 ukazuje posunutí obrazu čáry, které vnímáme kvůli lomu světla. Obrázek 10 ukazuje princip posouvání obrazu čáry, pokud také posouváme hranolem.

Náčrt řešení prvního úkolu
9. Náčrt řešení prvního úkolu

 

Náčrt řešení druhého úkolu
10. Náčrt řešení druhého úkolu

Posledním úkolem, který můžeme žákům zadat, je vysvětlit, proč se nám zdají proužky při pohledu skrz hranol užší. Kvalitativně si vystačíme s nákresem viz obr. 11, pouze dokreslíme zobrazení další čáry.

Náčrt řešení posledního úkolu
11. Náčrt řešení posledního úkolu

Literatura a použité zdroje

[1] – RATEJEN, D. Square Wheels. San Francisco : Exploratorium, 2002.

Licence

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons BY-NC-ND.

Autor
Martina Kekule

Hodnocení od uživatelů

Článek nebyl prozatím komentován.

Vaše hodnocení

Ohodnoťte hvězdičkami:

Váš komentář

Pro vložení komentáře je nutné se nejprve přihlásit.

Článek není zařazen do žádného seriálu.

Klíčové kompetence:

  • Gymnázium
  • Kompetence k řešení problémů
  • rozpozná problém, objasní jeho podstatu, rozčlení ho na části

Průřezová témata:

  • Gymnaziální vzdělávání
  • Environmentální výchova
  • Člověk a životní prostředí

Organizace řízení učební činnosti:

Individuální

Organizace prostorová:

Školní třída, Učebna v přírodě, Vycházka do přírodního prostředí

Nutné pomůcky:

čiré nezkreslující brýle např. ochranné, skleněný hranol řádově centimetrových rozměrů, papír na polepení brýlí, izolepa