Optika optika.odg

Základní pojmy

Díky světlu vnímáme očima své okolí.
Zdroj světla (aktivní) přeměňuje nějakou energii na světlo.
Zdroje světla:
- bodové (vzdálená hvězda, lampa…)
- plošné (Slunce, zářivka, televize…)

Zdroj světla svítí:

• vlastním světlem (žhavé: Slunce, žárovka, oheň, nežhavé: světluška, fosforeskující plankton, buzola…)
• odraženým světlem (Měsíc, bílá zeď…)

Jaký typ světelného zdroje tvoří sada bodových zdrojů (strop s bodovkami)?
Rozděl na bodové a plošné zdroje: TV, osvětlená výloha, čelovka, světlo auta, světla na stropě třídy.
Svítí vlastním×odraženým: družice, Měsíc, světluška, odrazka, Slunce, Venuše (Večerka), svíčka, reflexní oblečení.

Optické prostředí:
- průhledné (sklo, vzduch, voda…)
- průsvitné (matné sklo, mlha, dým…)
- neprůhledné (kovy, dřevo, rtuť…)

Rozděl optická prostředí: mléko, papír, voda, mlha, mikroten. sáček, alobal.

Paprsek = úzký svazek světla. Šíří se přímočaře - po přímce. Je složen z fotonů.

Rychlost světla (~300 000 km/s ve vakuu), v ostatních prostředích je vždy nižší (vzduch, voda, sklo, nejpomaleji se šíří v diamantu).

Za 1 s 7,5× obletí Zemi - pro představu.

Stín = neosvětlený prostor za tělesem (stín za Zemí, v jeskyni…).
Polostín obr = stín osvětlený jiným zdrojem světla (můj stín od Slunce, fotbalista, stín mezi lampami, stín mraku…) pre1 pre-zs.

Pomocí délky stínu lze spočíst např. výšku stavby, stromu.

Zatmění

Slunce - Měsíc se postaví před Slunce. fáze obr
Měsíce - Měsíc se schová za Zemi (do jejího stínu). fáze
Oranžová barva Měsíce (při zatmívání) je způsobena ohybem světla - stejně jako červánky.

Animace zatmění Slunce wiki,fot 3Dfraus

Fáze Měsíce

Měsíc se nám ukazuje celý. Část osvětluje Slunce, temný zbytek nevidíme (ale je tam). fáze vid fáze, výklad

Kviz: skn-optic.přístr

Zákon odrazu

Úhel dopadu = úhel odrazu.
V praxi: odraz světla v rovinném zrcadle, na vodní hladině, v optickém kabelu, reflektoru vozidla …

Video: Tomáš Tyc, Krása fyziky - fyzika krásy (15.-30. min) - odraz ve vodě, opt. vlákně, na částicích kouře, laser, silák zlomí světlo,

Výroba: periskop 1 2, kaleidoskop (krasohled): 1 2

Barva

Těleso "má takovou barvu", kterou:

• odráží (bílá zeď - odráží všechny barvy, zelená (tráva) - zelenou odrazí, zbytek pohltí, černá (tuha) pohltí všechny barvy…
• propustí (zelená láhev…)
• samo vyzařuje (červená dioda na TV…)

Užití: odraz: dopravní značky, oděvy, nátěry
propuštění barvy: semafor, světla aut, okna kostela, sluneční brýle
vyzařování barev: displeje, LED indikátory, ohňostroj

Sluneční (bílé) světlo je složeno ze všech barev.
Žhavením černé těleso nabývá různých odstínů bílé - odstínům bílé přiřazujeme teplotu černého tělesa. (obr zde wiki teploty žárovek: lucif ledtip t-led)
- teplé světlo (žárovka, oheň - do 3000 K) - obsahuje více červených odstínů
- studené světlo (zářivka, monitor v denním režimu - nad 5000 K) - obsahuje více modrých odstínů
Spektrum - dané světlo rozložené na jednotlivé barvy wiki látek astro techm hledík rozklad
Doplňkové barvy: jinudy, presentitude, generátor

Kde a k čemu užíváme prostředí a) propouštějící, b) odrážející jen některé barvy, c) propouštějící všechny barvy?

Kviz Optika Breuerová

Rovinné zrcadlo obrázky

(Zrcadlo může být rovinné, duté, vypuklé)
Předmět = zobrazované těleso.
Obraz = vjem oka – to, co vidím.
Vlastnosti obrazu:

• zdánlivý (za zrcadlem=nelze jej promítnout)
• vzpřímený (není "vzhůru nohama")
• stranově převrácený
• stejně velký jako předmět, ve stejné vzdálenosti od zrcadla

 Obraz leží v průsečíku odražených paprsků.

Předmět a obraz jsou souměrné podle roviny zrcadla.
Využití: - zobrazení sebe sama (česání), zdánlivé zvětšení prostoru (velkým zrcadlem na stěně)
- zpětné zrcátko (u řidiče)
- periskop
- DLP projektor - zrcátka pct
- zrcadlový kout vašč
- odrazka
- kaleidoskop (krasohled).

POZN: fotoaparát "zrcadlovka" - zrcadlo odráží scénu do hledáčku
Zpětné zrcátko nad řidičem v "noční poloze" odráží "málo" - pouze pomocným sklem.

Rozptyl světla - rovnoběžné paprsky jsou rozptýleny do všech směrů (např. odrazem od nerovného povrchu, průchodem prostředím).
Využití: filmaři, fotografové - rozptýleným světlem je lépe (rovnoměrně) osvětlená scéna, bílá malba stěn rozptýlí světlo do všech koutů (v tmavě vymalované místnosti by byla tma).
Díky největšímu rozptylu modrého světla se nám jeví obloha modrá.

Možné vlastnosti obrazu:

Zakresli chod paprsků v odrazce, periskopu.
Načrtni odraz písmene v rovinném zrcadle.
Proč mají sanitky napsáno "ambulance" zrcadlově?

Animace: nastav odraz

Kviz skn-odraz

Kulová zrcadla obrázky

jsou částí nějaké kulové plochy (duté koule).
S = střed křivosti (= střed koule, jejíž částí je kulové zrcadlo).
F = ohnisko (do něj soustředí duté zrcadlo rovnoběžné paprsky).
V = vrchol zrcadla (v něm optická osa prochází zrcadlem)

Duté zrcadlo

Pro různé vzdálenosti předmětu zrcadlo tvoří různé typy obrazů.

Využití:

• zvětšení obrazu (zrcátko v koupelně, zubařské)
• soustředění rovnoběžných paprsků do 1 místa (solární gril, zapálení zrcadlem Archimédes)
• tvorba rovnoběžných paprsků (světlomet, lampa zubaře)
• zrcadlo v hvězdářském dalekohledu
• další obr. prabolické zrcadlo

Vlastnosti obrazu pro předmět ve vzdálenosti:

• mezi V a F - zvětšený, vzpřímený, zdánlivý
• v F - žádný (obraz se nevytvoří)
• dál, než F - zmenšený, převrácený, skutečný

Simulator

Kreslení: Vypracuj materiál zrcadlo-duté.
Solární pec (složená ze stovek rovinných zrcadel) funguje stejně, jako duté zrcadlo. Jak musí být všechna zrcadla nastavena?

Vypuklé zrcadlo

Obraz je vždy:
- zmenšený
- vzpřímený
- zdánlivý ("za zrcadlem")

Využití: zrcadlo odrážející větší zorný úhel: v křižovatce, v obchodě, zpětná zrcátka náklaďáku či u spolujezdce, sférické zrcátko u řidiče (na "mrtvý úhel").

Kreslení: Vypracuj materiál zrcadlo-vypuklé.
Kvizy skn: zrcadla kulová, užití

Lom světla

Rychlost světla v km/s:

Paprsek se "zlomí" při průchodu do jiného prostředí (kde má světlo jinou rychlost).
Např. veslo ve vodě, akvárium…
Díky lomu světla fungují čočky.

Různé barvy se lámou různě - rozklad světla hranolem obr, anim, duha + sekundární duha.

Olejem a sklem se světlo šíří stejnou rychlostí - nedochází tedy k lomu a skleněný předmět v oleji "zmizí" - vid.

Proč při chůzi kolem dlouhého akvária ubíhá prostor uvnitř "divně"?

Kviz: kulová zrcadla (Novotná)

Čočky obrázky

Spojka: rovnoběžné paprsky spojí do ohniska geog zobraz lupa

Rozptylka: rovnoběžné paprsky rozptýlí tak, jako by vycházely z ohniska

POZN: skutečný obraz lze promítnout na plátno (např. projektorem), zdánlivý obraz nelze promítnout (např. lupa).

V brýlích: spojka - "velké" oko, rozptylka - "malé" oko.

Využití čoček:
- brýle
- světlomety
- fotoaparát čočky závěrka CCD
- dalekohled
- mikroskop
- kamera
- projektor
- CD mechanika …

Ukázka: vašč, sklenice jako čočka zde, sada (3:12), kulatá láhev=lupa, vodní lupa
Zobrazení-Vašč: spojka rozptylka

Vysvětli převrácení obrazu.
Kviz: Čočky-skn

Lidské oko obrázky obr. Wiki

Části:

• rohovka - chrání povrch oka
• duhovka - propouští pouze potřebné množství světla do oka (stáhne se jako clona fotoaparátu)
• zornice - otvor uvnitř duhovky
• čočka - vytváří obraz na sítnici,
• sklivec - výplň oka (průhledná), šedý či zelený zákal = zneprůhlednění sklivce
• sítnice - na ní se vytváří obraz (obsahuje tyčinky, čípky)
• oční nerv - vede vzruch do mozku
• okohybné svaly - otáčejí okem
• žlutá skvrna - místo nejlepšího vidění
• slepá skvrna - vývod očního nervu (místo špatného vidění)

Akomodace - "natahování" a "rozšiřování" čočky kvůli zaostřování. geog presbyopie
Kontaktní čočka.

Mozaik 3D: oko

Ukázka vidění dalekozr. geog
Astigmatismus = vada oční čočky - není kulatá, ale spíše válcová - oko vidí rozostřeně svislý, šikmý či vodorovný směr.
Detekce: designremont, ocnivady

1 oko hledí ruličkou, kus před 2 oko dej dlaň -> mozek vytvoří obraz dlaně s dírkou pro průhled tt 20:40

Dalekohled

Dalekohled obr (skladnější triedr) zvětší zorný úhel pro pozorování předmětu.
Hvězdářský dalekohled - čočky nebo zrcadla + čočky.

Ukázky: vašč: ohnis-vzd, ohyb

Kviz Optika 2 Breuerová

Video: elektronový mikroskop, laser, opt. vlákna

Světlo

Světlo si představujeme jako elektromagnetické vlnění.
Vlnová délka = délka 1 "vlny":

• pod 400 nm - ultrafialové (UltraViolet) záření - ze Slunce, vnímají jej např. včely, ptáci.
  Opaluje, škodí očím, kůži i rostlinám, dezinfikuje (operační sály…).
  Ozón v atmosféře jej pohlcuje. Tenká vrstva na brýlích (UV filtr) jej vyruší.
  Užití: zářivka (na kontrolu bankovek, diskotéku, dezinfekci), pozorování vesmíru.
• 400 - 760 nm - viditelné záření - živočichové jej vidí očima.
  Obsahuje celé spektrum barev.
  Užití: pozorování vesmíru, zobrazení (displej), laser (řezání, vrtání, čtení DVD, měření, optic. vlákna), zkoumání složení hmoty
• nad 760 nm - infračervené (InfraRed) záření = tepelné záření.
  Vnímají jej někteří plazi.
  Zachycují jej skleníkové plyny a pára -> ohřev planety.
  Užití: bezdrátový přenos na krátkou vzdálenost IrDA (ovladače, mobil, počítač - infraport)

Měření osvětlení

Jednotky lm (Lumen)

Optické klamy

Vjem oka mozek podvědomě porovná vlastní zkušenost z reality.
Mozek pak pro naši mysl "upraví" grafickou informaci. Někdy tak v obrázku "najde" něco, co v něm ve skutečnosti není - pak je to pro nás optický klam.

Wikipedia, Kulhavá, lék. fak., (stroboskopický jev) vid1 2 
Videa: nej2017(od 1:04), 2019, 10 mind, furniture, Steve Rathje (2tváře, převrác. oblič., inverze->barvy) …
Efekt moire

Odkazy

Optika na GymHol, optické přístroje (J.Reichl)

Světlo je jedním z elektromagnetických záření - fotoroman

Zajímavosti

Camera obscura - zatemněný prostor s dírkou ven (vid-vímproč), stavba1, dírková místnost, návod
Měření rychlosti světla - Fizeau, obrázky
Přenos signálu světlem vímproč
co dokáže světlo, Hologram

Měření rychlosti světla
 

7 crazy optical illusions