Sbírka fyzikálních pokusů

Rozklad světla pomocí optického hranolu

Pokus číslo: 1832

• Cíl pokusu

  Cílem pokusu je demonstrovat, že bílé světlo se díky lomu na optickém hranolu rozloží na jednotlivé barvy spektra.

• Teorie

  Pokud světelný paprsek prochází z prostředí o indexu lomu n₁ do prostředí o indexu lomu n₂, mění směr – fyzikálně řečeno, láme se. Tento jev je matematicky popsán tzv. Snellovým zákonem lomu ve tvaru \[n_1\sin{\alpha}=n_2\sin{\beta},\] kde α je úhel dopadu a β úhel lomu (oba úhly měřené ke kolmici na rozhraní obou prostředí).

  Index lomu ale není univerzální konstantou látky – liší se totiž pro různé frekvence světla. Pokud je dopadající světlo složené z více barev, mají jednotlivé barvy (přesněji: frekvence) různý index lomu a lámou se tedy pod různými úhly. Pro většinu materiálů roste index lomu s frekvencí světla – tento jev se označuje jako tzv. normální disperze.

  Nejvíce se tedy od původního směru dopadu paprsku budou lámat paprsky vyšších frekvencí (fialová část spektra), nejméně paprsky nižších frekvencí (červená část spektra) – dochází k rozkladu na jednotlivé barvy.

  Graficky atraktivní vysvětlení rozkladu světla nabízí například YouTube kanál ABC Education:

• Pomůcky

  Optický hranol, zdroj (ideálně bílého) světla.

• Postup

  Světelnému svazku postavte do cesty optický hranol a natáčejte jím, dokud nevznikne na stěně místnosti disperzní obrazec – rozložení barev na duhu.

• Vzorový výsledek

  Vzorový výsledek ukazuje obr. 1. Ve shodě s teorií výše je patrné, že nejvíce se od původního směru světla odchýlila fialová barva, nejméně barva červená.

  

• Technické poznámky

  • Bílé světlo je pro provedení pokusu ideální, za slunečného dne je tak nejvhodnější použít přímo sluneční paprsky. Postačujících výsledků lze ale dosáhnout i s klasickou wolframovou žárovkou.

  • Ať již využijete slunce nebo umělý zdroj světla, je vhodné učebnu (až na případnou cestu pro svazek slunečních paprsků) alespoň částečně zatemnit, spektrum je pak lépe viditelné.

• Metodické poznámky

  • Z metodického hlediska je vhodné zmínit, že lom světla nastává v experimentu hned dvakrát – když paprsek do hranolu vstupuje a když z něj vychází. Disperze se přitom uplatňuje výhradně při vstupu paprsku do skla – při výstupu přechází paprsek do vzduchu, kde jsou disperzní vlivy zanedbatelné, neboť je zde index lomu pro všechny barvy prakticky roven jedné.

  • Dále lze studenty upozornit na to, že při lomu paprsku ven z hranolu je již úhel dopadu na rozhraní sklo-vzduch pro různé barvy/frekvence různý.

• Užitečný applet

  Pro demonstraci chodu paprsku monofrekvenčního i bílého světla optickým hranolem lze využít applet Basic Prism (obr. 2) umístěný na serveru Explore Learning. Výhodou appletu je, že nevyžaduje používání Javy, nevýhodou je časové omezení na jeho používání bez přihlášení, a to na pouhých 5 minut. Na jednoduchou dynamickou demonstraci ve výuce je ovšem takový čas postačující.