Totální odraz ve vytékající vodě

Pokus číslo: 1594

  • Cíl pokusu

    Tento pokus slouží k demonstraci totálního odrazu a znázornění principu optických vláken.

  • Teorie

    Lom světla na rozhraní dvou optických prostředí se řídí Snellovým zákonem

    \[n_1 \sin⁡ \alpha=n_2 \sin⁡ \beta,\]

    kde \(\alpha\) je úhel dopadu, \(\beta\) úhel lomu a n1, n2 jsou indexy lomu příslušejících prostředí. Aby mohl nastat totální odraz, musí světlo procházet z prostředí opticky hustšího do prostředí opticky řidšího. Dochází k lomu od kolmice a s rostoucím úhlem dopadu se zvětšuje i úhel lomu. Při tzv. mezním úhlu dosáhne úhel lomu největší možné hodnoty, tedy 90°. Mezní úhel je tedy největším úhlem dopadu, při kterém ještě nastává lom světla. Při větších úhlech dopadu už k lomu světla nedochází a paprsek se jen odráží od rozhraní. Říkáme, že dochází k totálnímu odrazu. Právě na tomto jevu jsou založena optická vlákna. Průchod paprsku vláknem je vidět na obr. 1.

    Obr. 1: Průchod paprsku optickým vláknem

    Převzato z: Encyklopedie fyziky

  • Pomůcky

    Laserové ukazovátko, plastová láhev, mléko, nádoba na vytékající vodu, hřebík.

  • Postup

    1. Pomocí hřebíku uděláme do láhve otvor zhruba 5 cm nad dnem.

    2. Láhev postavíme na vyvýšené místo a naplníme vodou.

    3. Nádobu umístíme do místa, kam bude dopadat vytékající voda z láhve.

    4. Laserovým ukazovátkem posvítíme tak, aby paprsek procházel vodorovně skrz láhev a dopadal na výtokový otvor.

    5. Pozorujeme chod paprsku ve vytékající vodě.

  • Vzorový výsledek

    Video níže zachycuje několikanásobně zrychlený průběh experimentu.

  • Technické poznámky

    • Pro snazší vytvoření otvoru je dobré hřebík napřed nahřát nad svíčkou.

    • Otvor by měl být širší než laserový paprsek, aby nedocházelo k nechtěným odrazům. Navíc úzký paprsek bude procházet vodním proudem po lomené čáře, čímž se zviditelní demonstrovaný jev.

    • Při napouštění lahve vodou je dobré utěsnit vytvořený otvor a následně láhev uzavřít, aby voda zbytečně nevytékala, dokud nádoba nebude připravená na správném místě.

    • Samotný efekt je možné zlepšit přidáním pár kapek mléka do vody, čímž dojde k jejímu zakalení a zviditelnění paprsku.

    • Bezpečnostní upozornění: Dbejte zásad bezpečné práce se zdrojem laserového záření!

  • Metodické poznámky

    • Při tomto pokusu nedochází jen k odrazu, ale světlo se láme i ven z vytékajícího proudu vody, jinak bychom paprsek neviděli.

    • Jako alternativní pokus je možné při výuce demonstrovat Totální odraz v gelových kuličkách.

  • Odkaz na související úlohu

    Totálním odrazem se zabývá úloha Odraz světla ve skleněné podkově.

Typ pokusu: kvalitativní
Věková skupina: od 2. stupně základní školy
Potřebné vybavení: proveditelné s pomůckami, které se na školách obvykle vyskytují
Čas přípravy pokusu: do 3 minut
Čas provedení pokusu: do 3 minut
Pokus je zachycen na videu
Multimediální encyklopedie fyziky
Původní zdroj: Machalická, J. (2015). Experimenty z optiky pro střední školu.
(Bakalářská práce). Matematicko-fyzikální fakulta UK, Praha.
×Původní zdroj: Machalická, J. (2015). Experimenty z optiky pro střední školu. (Bakalářská práce). Matematicko-fyzikální fakulta UK, Praha.