Optické ilúzie, lom svetla či úplný odraz, to všetko môžu kúzelníci využívať pri svojich trikoch. My si ukážeme, ako môže farebný obrázok zmiznúť priamo pred našimi očami napriek tomu, že tam naďalej bude.
Pomôcky
Papier, farebné fixky, permanentná čierna fixka, uzatvárateľné zip vrecko, veľká nádoba s vodou
Postup
Z papiera vystrihneme taký kus, aby presne vošiel do zip vrecka. Na takto pripravený papier si farebnými fixkami namaľujeme pestrofarebný obrázok. Pomaľovaný papier vložíme do zip vrecka a po vytlačení prebytočného vzduchu ho uzavrieme. Na vrch vrecka permanentnou fixkou obkreslíme kontúry obrázka a necháme zaschnúť. Pripravíme si na rovný povrch nádobu s vodou a k nej naše zip vrecko. Nádobu umiestnime tak, aby sme sa na hladinu vody vedeli pozerať pod uhlom asi 45°.
Pozorovanie
Vrecko vkladáme do vody kolmo na hladinu. Pri ponorení obrázka pod vodnú hladinu nám zmiznú farby a budeme vidieť iba kontúry obrázka nakreslené na vrecku. Pokus môžeme zopakovať aj tak, že budeme vrecko do vody vkladať pod rôznymi uhlami a môžeme sledovať, kedy farby zmiznú a kedy zostanú. Veľmi pekný je aj prechod, keď je časť obrázka bez farieb a časť s farbami, prípadne tam môžeme pozorovať strieborné plôšky.
Vysvetlenie
Keď prechádza svetlo do iného optického prostredia, mení sa jeho rýchlosť. Ako sa bude svetlo lámať pri prechode z jedného optického prostredia do druhého, závisí od zmeny rýchlosti šírenia svetla v danom prostredí. Pri prechode zopticky redšieho prostredia do opticky hustejšieho dochádza k lomu svetla od kolmice a v hraničnom prípade môže dôjsť k tzv. úplnému odrazu, čo využíva aj tento pokus. Pri ňom môžeme materiál vrecka zanedbať, lebo je veľmi tenký a uvažovať iba o vzduchovej vrstve medzi farebným obrázkom a vodou. Pri prechode lúčov zo vzduchu do vody cez tenkú stenu vrecka pod určitým uhlom sa lúče na rozhraní prostredia, teda na vodnej hladine, úplne odrazia a farebný obrázok nevidíme. Uvidíme iba obrázok, ktorý je nakreslený na povrchu vrecka, teda len kontúry obrázka.
| Rýchlosť šírenia svetla v prostrediach | Medzný uhol rozhrania | |
| Vzduch | 300 000 km/s | so vzduchom |
| Voda | 225 000 km/s | 49° |
| Sklo | 200 000 km/s | 42° |
| Diamand | 125 000 km/s | 24° |
Teória
Prostredie, v ktorom sa svetlo šíri väčšou rýchlosťou, označujeme ako opticky redšie. Prostredie, v ktorom sa svetlo šíri menšou rýchlosťou, označujeme ako opticky hustejšie. Svetlo zmení smer svojho šírenia, keď prechádza rozhraním medzi dvoma prostrediami s rôznou optickou hustotou. Čím väčší je uhol dopadu α, tým väčší je pre dané dve prostredia uhol lomu β. Pri lome svetla od kolmice, pri prechode z opticky hustejšieho prostredia do opticky redšieho sa zväčšovaním uhla dopadu dostaneme k uhlu lomu rovnajúcemu sa 90° a svetelný lúč sa bude šíriť pozdĺž rozhrania. Tento uhol dopadu sa nazýva medzný uhol a nastáva pri ňom úplný odraz svetla.
Prax
Úplný odraz sa využíva napríklad v optických vláknach, kde sa signál šíri v opticky hustejšom prostredí pod takým uhlom, že sa od okrajov prostredia vždy odrazí naspäť do tohto hustejšieho prostredia, zostane teda vo vlákne.
Úplný odraz však môžeme pozorovať aj v prírode. V dôsledku prehriatia vzduchu nad horúcimi povrchmi môže ich index lomu poklesnúť. Takto môže vo vzduchu dochádzať k totálnemu odrazu, ktorý nazývame fatamorgána.
Veľmi malý medzný uhol pri prechode svetla rozhraním diamant – vzduch spôsobuje, že diamant má taký krásny lesk.
PaedDr. Soňa Gažáková, PhD.
Foto Stanislav Griguš
Fakulta matematiky, fyziky a informatiky
Univerzita Komenského v Bratislave
Svoje realizácie experimentov môžete posielať na adresu: sona.gazakova@fmph.uniba.sk.