Sbírka fyzikálních pokusů

Totální odraz v gelových kuličkách

Pokus číslo: 1628

• 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.

  

  Převzato z: Encyklopedie fyziky

• Pomůcky

  Laserové ukazovátko, průhledné gelové kuličky, nádoba s vodou, papír, kružítko.

• Postup

  1. Gelové kuličky ponoříme do nádoby s vodou a necháme je přibližně 8 hodin, aby nabobtnaly.

  2. Kuličky naskládáme za sebou tak, aby tvořily např. část kružnice či paraboly.

  3. Laserovým ukazovátkem posvítíme vodorovně na jeden konec řady.

  4. Pozorujeme chod paprsku v kuličkách (viz obr. 2).

  

• Technické poznámky

  • Pro zjednodušení je možné si na papír narýsovat část kružnice, podle které pak budeme kuličky skládat.

  • Další možností je přikládat kuličky postupně při rozsvíceném laseru tak, abychom vždy viděli paprsek i v poslední kuličce.

  • Gelové kuličky (neboli vodní perly) slouží jako dekorace či náhrada za vodu ve váze s řezanými květinami. Dají se tedy sehnat v obchodech s dekoracemi nebo v květinářstvích.

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

• Metodické poznámky

  • Při pokusu nedochází pouze k odrazu, ale světlo se láme i ven z kuliček, jinak bychom paprsek neviděli.

  • Při demonstraci totálního odrazu v kuličkách i ve vytékající vodě je dobré vysvětlit studentům princip optického kabelu a jeho využití v praxi.

  • Podrobně se optickými vlákny zabývá například tato bakalářská práce.