Post on 01-Oct-2021
Akustika a optika
Fyzika 1 ročniacutek
Vzdělaacutevaacuteniacute pro konkurenceschopnost
Inovace vyacuteuky oboru Informačniacute technologie
Mgr Petr Kučera
1MěSOŠ Klobouky u Brna
MěSOŠ Klobouky u Brna 2
Obsah teacutemat v kapitole Akustika a optika
Kmitavyacute pohyb Elektromagnetickeacute vlněniacute
Postupneacute vlněniacute Vlastnosti světla
Šiacuteřeniacute vlněniacute Odraz a lom světla
Odraz a ohyb vlněniacute Zrcadla
Vznik a druhy zvuku Čočky
Šiacuteřeniacute zvuku Zdroje světla
Vlastnosti zvuku
Infrazvuk a ultrazvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 3
Kmitavyacute pohyb
Mechanickeacute kmitaacuteniacute je pohyb při němž se těleso vraciacute do tzv rovnovaacutežneacute polohy Jestliže těleso tento
pohyb konaacute pravidelně označujeme ho jako pohyb periodickyacute Periodickeacute pohyby konajiacute např čaacutesti
chvějiacuteciacute se struny na kytaře piacutesty spalovaciacuteho motoru kyvadlo naacutestěnnyacutech hodin srdce při pravidelneacute
srdečniacute činnosti zaacutevažiacute na pružině apod
Zařiacutezeniacute ktereacute volně kmitaacute bez vnějšiacuteho působeniacute se nazyacutevaacute mechanickyacute oscilaacutetor Přiacutekladem
mechanickeacuteho oscilaacutetoru je kulička zavěšenaacute na niti kteraacute představuje kyvadlo Volně zavěšeneacute
kyvadlo je v rovnovaacutežneacute poloze Kyvadlo se po vychyacuteleniacute vraciacute do rovnovaacutežneacute polohy kde maacute
největšiacute rychlost a pokračuje daacutel v pohybu až dosaacutehne největšiacute vyacutechylky Tam se zastaviacute a vraciacute se
zpět Odtud je zřejmeacute že kmitavyacute pohyb patřiacute mezi pohyby nerovnoměrneacute Jestliže kyvadlo prošlo
všemi naznačenyacutemi polohami řiacutekaacuteme že vykonalo jeden kmit
MěSOŠ Klobouky u Brna 4
Popis kmitaveacuteho pohybu
Zaacutevislost okamžiteacute polohy kmitajiacuteciacuteho tělesa na čase zobrazuje časovyacute diagram
kde na vodorovneacute ose je čas a na svisleacute ose je okamžitaacute vyacutechylka tělesa
Průběh kmitů můžeme sledovat osciloskopem
Rovnice harmonickeacuteho pohybu
(Uacutehel ωt nazyacutevaacuteme faacuteze harmonickeacuteho pohybu a veličinu ω uacutehlovaacute frekvence)
Periodickyacute pohyb je charakterizovaacuten pravidelnyacutem opakovaacuteniacutem určiteacuteho pohybu Nejkratšiacute doba za kterou dojde
k opakovaacuteniacute stejneacuteho pohybu je perioda T Perioda nezaacutevisiacute na rozkmitu Počet opakovaacuteniacute stejneacuteho pohybu za časovou
jednotku je frekvence nebondashli kmitočet f Vztah mezi oběma veličinami
Jednotkou periody je sekunda Jednotkou frekvence je hertz (Hz) Jeden hertz je frekvence periodickeacuteho pohybu jehož
perioda trvaacute jednu sekundu V praxi se častěji použiacutevajiacute naacutesobky ndash kilohertz kHz megahertz MHz gigahertz GHz
MěSOŠ Klobouky u Brna 5
Postupneacute vlněniacute
Jako vlněniacute označujeme šiacuteřeniacute kmitaveacuteho rozruchu prostřediacutem Vlněniacutem se přenaacutešiacute
energie čaacutestice kmitajiacute ale nepřemiacutesťujiacute se kmitajiacute kolem sveacute rovnovaacutežneacute polohy
Miacutesto z něhož se rozruch šiacuteřiacute se nazyacutevaacute zdroj vlněniacute
Přiacutečinou mechanickeacuteho vlněniacute je existence vazeb mezi čaacutesticemi (atomy molekulami)
prostřediacute kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute Kmitaacuteniacute jedneacute čaacutestice se vzaacutejemnou vazbou přenaacutešiacute na dalšiacute
čaacutestici Současně se na tuto čaacutestici přenaacutešiacute energie kmitaveacuteho pohybu Řiacutekaacuteme že se
prostřediacutem šiacuteřiacute postupneacute vlněniacute Pro zjednodušeniacute popisujeme vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute jen
v jednom směru Jednotliveacute čaacutestice si představiacuteme jako řadu bodů vzaacutejemně vaacutezanyacutech
pružnyacutemi silami Při postupneacutem vlněniacute se pohybujiacute všechny čaacutestice prostřediacute Každaacute z nich
dosahuje postupně amplitudy vyacutechylky a pak je zase v určiteacutem okamžiku v klidu
Vlněniacute přiacutečneacute
Vlněniacute podeacutelneacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 6
Mechanickeacute vlněniacute se šiacuteřiacute jen pružnyacutem prostřediacutem a jeho rychlost zaacutevisiacute na druhu prostřediacute Draacutehu kterou vlněniacute proběhne za
jednu periodu nazveme vlnovaacute deacutelka Vlnovaacute deacutelka je obecně vzdaacutelenost kteryacutechkoli dvou nejbližšiacutech bodů ktereacute kmitajiacute se
stejnou faacuteziacute Body ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky kmitajiacute s opačnou faacuteziacute Pro vlnovou deacutelku platiacute obdoba vztahu pro draacutehu
rovnoměrneacuteho přiacutemočareacuteho pohybu s = v∙t
λ = 119907 ∙ 119905 nebo λ =119907
119891
kde f je frekvence vlněniacute což je frekvence kmitaacuteniacute jak počaacutetečniacuteho bodu řady tak všech ostatniacutech
bodů řady k nimž kmitavyacute rozruch dospěje λ vlnovaacute deacutelka a v rychlost šiacuteřeniacute
Pokud se do jednoho miacutesta dostane současně vlněniacute z většiacuteho počtu zdrojů dojde ke sklaacutedaacuteniacute vlněniacute Tento jev nazyacutevaacuteme
interference a může při něm dojiacutet jak k zesiacuteleniacute tak k zeslabeniacute či vyrušeniacute vlněniacute
Popis vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 7
Velmi důležityacute a zajiacutemavyacute jev nastane doraziacutendashli vlna na konec prostřediacute např na konec gumoveacute hadice Dojde k odrazu a vlna
postupuje opačnyacutem směrem zpět Jestliže k pevneacutemu konci dospěl nejdřiacuteve vrch vlny a po něm důl pak po odrazu je situace
opačnaacute Nejdřiacuteve postupuje důl odraženeacute vlny a teprve pak jejiacute vrch Můžeme řiacutect že faacuteze odraženeacute vlny je opačnaacute
Jinyacute průběh maacute odraz vlněniacute v přiacutepadě že vlna doraziacute na neupevněnyacute konec
Na rozdiacutel od předchoziacuteho přiacutepadu odraz probiacutehaacute tak že faacuteze odraženeacute vlny je
stejnaacute jako faacuteze vlny před odrazem
Jestliže jeden konec pružneacuteho vlaacutekna trvale harmonicky kmitaacute postupuje vlněniacute ke druheacutemu konci tam se odraacutežiacute a postupuje
opačnyacutem směrem ke zdroji vlněniacute Nastaacutevaacute zajiacutemavyacute a velmi důležityacute přiacutepad kdy interferujiacute dvě stejnaacute vlněniacute ndash přiacutemeacute a odraženeacute
kteraacute postupujiacute stejnou rychlostiacute opačnyacutemi směry Vznikne vlněniacute stojateacute ndash chvěniacute
Stojateacute vlněniacute
Chvěniacute je charakteristickeacute pro zdroje zvuku jako
např struny tenkeacute tyče vzduchoveacute sloupce ale i pro
lidskeacute hlasivky Chvěniacute samozřejmě nepozorujeme
jen u jednorozměrnyacutech předmětů Důležitou roli hraje
studium chvěniacute desek blan a jinyacutech podobnyacutech
objektů pro konstrukci různyacutech elektroakustickyacutech
zařiacutezeniacute (membraacuteny reproduktoru sluchaacutetka
mikrofony apod) u nichž požadujeme vysokou
kvalitu přenosu zvukovyacutech signaacutelů
MěSOŠ Klobouky u Brna 8
Šiacuteřeniacute vlněniacute
Rychlost kterou se vlněniacute šiacuteřiacute zaacutevisiacute na fyzikaacutelniacutech vlastnostech prostřediacute (pružnosti a hustotě) Stanendashli se určityacute bod prostřediacute
zdrojem kmitaveacuteho rozruchu postupuje vlněniacute ze zdroje všemi směry Všechny body do nichž dospěje vlněniacute z bodoveacuteho zdroje za
stejnou dobu ležiacute na kuloveacute ploše kterou nazyacutevaacuteme vlnoplocha Všechny body stejneacute vlnoplochy kmitajiacute se stejnou faacuteziacute Směr šiacuteřeniacute
vlněniacute určuje přiacutemka kteraacute vychaacuteziacute ze zdroje vlněniacute kolmo na vlnoplochu a nazyacutevaacute
se paprsek V bliacutezkosti bodoveacuteho zdroje vlněniacute se vytvaacuteřejiacute kuloveacute vlnoplochy
Ve většiacutech vzdaacutelenostech od zdroje je však zakřiveniacute kulovyacutech vlnoploch tak maleacute
že můžeme jejich čaacutesti nahradit vlnoplochami rovinnyacutemi
Pro šiacuteřeniacute vlněniacute v libovolneacutem pružneacutem prostřediacute platiacute tzv Huygensův
princip Každyacute bod vlnoplochy do něhož dospěje vlněniacute v určiteacutem okamžiku
se staacutevaacute zdrojem noveacuteho tzv elementaacuterniacuteho vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute z tohoto zdroje
v elementaacuterniacutech vlnoplochaacutech Vnějšiacute obalovaacute plocha všech elementaacuterniacutech
vlnoploch tvořiacute vyacuteslednou vlnoplochu v dalšiacutem časoveacutem okamžiku
MěSOŠ Klobouky u Brna 9
Pomociacute Huygensova principu můžeme konstruovat vlnoplochy v každeacutem dalšiacutem okamžiku šiacuteřeniacute vlněniacute znaacutemendashli polohu
některeacute vlnoplochy v okamžiku předchaacutezejiacuteciacutem a to i tehdy jestliže neznaacuteme polohu zdroje vlněniacute
Přiacutekladem může byacutet šiacuteřeniacute mechanickeacuteho vlněniacute na vodniacute hladině Jestliže použijeme překaacutežku s malyacutem otvorem pak se za
otvorem vytvaacuteřejiacute noveacute vlny tak jako kdyby byl otvor zdrojem vlněniacute
Na zaacutekladě Huygensova principu můžeme vysvětlit proč za lodiacute
vznikaacute rozšiřujiacuteciacute se braacutezda Oba přiacutemeacute okraje braacutezdy jsou
obaacutelkou kruhovyacutech vlnoploch s poloměry rostouciacutemi uacuteměrně
s časem a tedy i se vzdaacutelenostiacute od rovnoměrně plujiacuteciacute
lodi video akustickyacute třesk
Při pohybu tělesa rychlostiacute většiacute než jakou se šiacuteřiacute vlny vznikaacute raacutezovaacute
vlna Při překonaacutevaacuteniacute tlakoveacute barieacutery dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute velmi
rozdiacutelnyacutech tlaků před a za tělesem provaacutezeneacutem zvukovyacutemi efekty
značneacute intenzity Tento zvuk označujeme jako akustickyacute třesk Vznik
akustickeacuteho třesku doprovaacuteziacute napřiacuteklad pohyb letadla překonaacutevajiacuteciacuteho
rychlost zvuku či pohyb střely
MěSOŠ Klobouky u Brna 10
Odraz a ohyb vlněniacute
Jestliže vložiacuteme vlněniacute do cesty překaacutežku mohou nastat podle rozměrů překaacutežky dva zaacutekladniacute přiacutepady Jestliže je překaacutežka většiacute oproti
vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k odrazu vlněniacute Princip odrazu vlněniacute můžeme vysvětlit pomociacute Huygensova principu Sledujeme vlnoplochu
kteraacute postupuje ze zdroje k rovinneacute překaacutežce K niacute vlněniacute dospiacutevaacute postupně v bodech A Aacute B Bacute V době ve ktereacute vlněniacute dorazilo do
bodu A a Aacute vznikly již kolem bodů B Bacute elementaacuterniacute vlnoplochy Jejich vnějšiacute obalovaacute plocha tvořiacute vyacuteslednyacute tvar vlnoplochy odraženeacute
Podobnyacutem způsobem sestrojiacuteme tvar odraženeacute vlnoplochy
v přiacutepadě odrazu vlnoplochy rovinneacute Sledujme rovinnou
vlnoplochu kteraacute sviacuteraacute s rovinou překaacutežky uacutehel dopadu α
Vlněniacute dospiacutevaacute k překaacutežce postupně v bodech A B C V době
kdy vlněniacute dorazilo do bodu C vznikla kolem bodu A a B
elementaacuterniacute vlnoplocha Vnějšiacute obaacutelka obou elementaacuterniacutech
vlnoploch daacutevaacute vlnoplochu odraženou kteraacute je rovinnaacute a sviacuteraacute
s překaacutežkou uacutehel odrazu αacute Uacutehel odrazu vlněniacute se rovnaacute uacutehlu
jeho dopadu na překaacutežku = zaacutekon odrazu vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 11
Jestliže je překaacutežka menšiacute oproti vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k ohybu vlněniacute Princip ohybu vlněniacute můžeme takeacute vysvětlit pomociacute
Huygensova principu Okraje překaacutežky k nimž vlněniacute dospěje se staacutevajiacute zdrojem elementaacuterniacutech vlněniacute kteraacute se v přiacutepadě
bliacutezkyacutech okrajů tj malyacutech rozměrů překaacutežky za překaacutežkou spojujiacute čiacutemž vytvořiacute souvislou vyacuteslednou vlnoplochu
Podobnyacute jev nastaacutevaacute jendashli v překaacutežce velkyacutech rozměrů malyacute otvor Pozorujeme že za překaacutežkou se vlněniacute šiacuteřiacute všemi směry
ačkoliv bychom očekaacutevali že po průchodu otvorem bude vlněniacute postupovat jen původniacutem směrem kteryacutem se šiacuteřila rovinnaacute
vlna Pokus je důkazem že nastal ohyb vlněniacute Oba jevy majiacute velkyacute vyacuteznam v oblasti šiacuteřeniacute světla zvuku a rozhlasovyacutech vln
Dopplerův jev
Obecně lze Dopplerův princip vyjaacutedřit takto
Jestliže se zdroj vlněniacute a pozorovatel pohybujiacute pak při vzaacutejemneacutem přibližovaacuteniacute je
frekvence přijiacutemaneacuteho vlněniacute vyššiacute a při vzaacutejemneacutem vzdalovaacuteniacute naopak nižšiacute
Tento jev pozorujeme v přiacutepadech kdy se zdroj vlněniacute nejčastěji zvuku kolem naacutes
pohybuje
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 2
Obsah teacutemat v kapitole Akustika a optika
Kmitavyacute pohyb Elektromagnetickeacute vlněniacute
Postupneacute vlněniacute Vlastnosti světla
Šiacuteřeniacute vlněniacute Odraz a lom světla
Odraz a ohyb vlněniacute Zrcadla
Vznik a druhy zvuku Čočky
Šiacuteřeniacute zvuku Zdroje světla
Vlastnosti zvuku
Infrazvuk a ultrazvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 3
Kmitavyacute pohyb
Mechanickeacute kmitaacuteniacute je pohyb při němž se těleso vraciacute do tzv rovnovaacutežneacute polohy Jestliže těleso tento
pohyb konaacute pravidelně označujeme ho jako pohyb periodickyacute Periodickeacute pohyby konajiacute např čaacutesti
chvějiacuteciacute se struny na kytaře piacutesty spalovaciacuteho motoru kyvadlo naacutestěnnyacutech hodin srdce při pravidelneacute
srdečniacute činnosti zaacutevažiacute na pružině apod
Zařiacutezeniacute ktereacute volně kmitaacute bez vnějšiacuteho působeniacute se nazyacutevaacute mechanickyacute oscilaacutetor Přiacutekladem
mechanickeacuteho oscilaacutetoru je kulička zavěšenaacute na niti kteraacute představuje kyvadlo Volně zavěšeneacute
kyvadlo je v rovnovaacutežneacute poloze Kyvadlo se po vychyacuteleniacute vraciacute do rovnovaacutežneacute polohy kde maacute
největšiacute rychlost a pokračuje daacutel v pohybu až dosaacutehne největšiacute vyacutechylky Tam se zastaviacute a vraciacute se
zpět Odtud je zřejmeacute že kmitavyacute pohyb patřiacute mezi pohyby nerovnoměrneacute Jestliže kyvadlo prošlo
všemi naznačenyacutemi polohami řiacutekaacuteme že vykonalo jeden kmit
MěSOŠ Klobouky u Brna 4
Popis kmitaveacuteho pohybu
Zaacutevislost okamžiteacute polohy kmitajiacuteciacuteho tělesa na čase zobrazuje časovyacute diagram
kde na vodorovneacute ose je čas a na svisleacute ose je okamžitaacute vyacutechylka tělesa
Průběh kmitů můžeme sledovat osciloskopem
Rovnice harmonickeacuteho pohybu
(Uacutehel ωt nazyacutevaacuteme faacuteze harmonickeacuteho pohybu a veličinu ω uacutehlovaacute frekvence)
Periodickyacute pohyb je charakterizovaacuten pravidelnyacutem opakovaacuteniacutem určiteacuteho pohybu Nejkratšiacute doba za kterou dojde
k opakovaacuteniacute stejneacuteho pohybu je perioda T Perioda nezaacutevisiacute na rozkmitu Počet opakovaacuteniacute stejneacuteho pohybu za časovou
jednotku je frekvence nebondashli kmitočet f Vztah mezi oběma veličinami
Jednotkou periody je sekunda Jednotkou frekvence je hertz (Hz) Jeden hertz je frekvence periodickeacuteho pohybu jehož
perioda trvaacute jednu sekundu V praxi se častěji použiacutevajiacute naacutesobky ndash kilohertz kHz megahertz MHz gigahertz GHz
MěSOŠ Klobouky u Brna 5
Postupneacute vlněniacute
Jako vlněniacute označujeme šiacuteřeniacute kmitaveacuteho rozruchu prostřediacutem Vlněniacutem se přenaacutešiacute
energie čaacutestice kmitajiacute ale nepřemiacutesťujiacute se kmitajiacute kolem sveacute rovnovaacutežneacute polohy
Miacutesto z něhož se rozruch šiacuteřiacute se nazyacutevaacute zdroj vlněniacute
Přiacutečinou mechanickeacuteho vlněniacute je existence vazeb mezi čaacutesticemi (atomy molekulami)
prostřediacute kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute Kmitaacuteniacute jedneacute čaacutestice se vzaacutejemnou vazbou přenaacutešiacute na dalšiacute
čaacutestici Současně se na tuto čaacutestici přenaacutešiacute energie kmitaveacuteho pohybu Řiacutekaacuteme že se
prostřediacutem šiacuteřiacute postupneacute vlněniacute Pro zjednodušeniacute popisujeme vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute jen
v jednom směru Jednotliveacute čaacutestice si představiacuteme jako řadu bodů vzaacutejemně vaacutezanyacutech
pružnyacutemi silami Při postupneacutem vlněniacute se pohybujiacute všechny čaacutestice prostřediacute Každaacute z nich
dosahuje postupně amplitudy vyacutechylky a pak je zase v určiteacutem okamžiku v klidu
Vlněniacute přiacutečneacute
Vlněniacute podeacutelneacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 6
Mechanickeacute vlněniacute se šiacuteřiacute jen pružnyacutem prostřediacutem a jeho rychlost zaacutevisiacute na druhu prostřediacute Draacutehu kterou vlněniacute proběhne za
jednu periodu nazveme vlnovaacute deacutelka Vlnovaacute deacutelka je obecně vzdaacutelenost kteryacutechkoli dvou nejbližšiacutech bodů ktereacute kmitajiacute se
stejnou faacuteziacute Body ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky kmitajiacute s opačnou faacuteziacute Pro vlnovou deacutelku platiacute obdoba vztahu pro draacutehu
rovnoměrneacuteho přiacutemočareacuteho pohybu s = v∙t
λ = 119907 ∙ 119905 nebo λ =119907
119891
kde f je frekvence vlněniacute což je frekvence kmitaacuteniacute jak počaacutetečniacuteho bodu řady tak všech ostatniacutech
bodů řady k nimž kmitavyacute rozruch dospěje λ vlnovaacute deacutelka a v rychlost šiacuteřeniacute
Pokud se do jednoho miacutesta dostane současně vlněniacute z většiacuteho počtu zdrojů dojde ke sklaacutedaacuteniacute vlněniacute Tento jev nazyacutevaacuteme
interference a může při něm dojiacutet jak k zesiacuteleniacute tak k zeslabeniacute či vyrušeniacute vlněniacute
Popis vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 7
Velmi důležityacute a zajiacutemavyacute jev nastane doraziacutendashli vlna na konec prostřediacute např na konec gumoveacute hadice Dojde k odrazu a vlna
postupuje opačnyacutem směrem zpět Jestliže k pevneacutemu konci dospěl nejdřiacuteve vrch vlny a po něm důl pak po odrazu je situace
opačnaacute Nejdřiacuteve postupuje důl odraženeacute vlny a teprve pak jejiacute vrch Můžeme řiacutect že faacuteze odraženeacute vlny je opačnaacute
Jinyacute průběh maacute odraz vlněniacute v přiacutepadě že vlna doraziacute na neupevněnyacute konec
Na rozdiacutel od předchoziacuteho přiacutepadu odraz probiacutehaacute tak že faacuteze odraženeacute vlny je
stejnaacute jako faacuteze vlny před odrazem
Jestliže jeden konec pružneacuteho vlaacutekna trvale harmonicky kmitaacute postupuje vlněniacute ke druheacutemu konci tam se odraacutežiacute a postupuje
opačnyacutem směrem ke zdroji vlněniacute Nastaacutevaacute zajiacutemavyacute a velmi důležityacute přiacutepad kdy interferujiacute dvě stejnaacute vlněniacute ndash přiacutemeacute a odraženeacute
kteraacute postupujiacute stejnou rychlostiacute opačnyacutemi směry Vznikne vlněniacute stojateacute ndash chvěniacute
Stojateacute vlněniacute
Chvěniacute je charakteristickeacute pro zdroje zvuku jako
např struny tenkeacute tyče vzduchoveacute sloupce ale i pro
lidskeacute hlasivky Chvěniacute samozřejmě nepozorujeme
jen u jednorozměrnyacutech předmětů Důležitou roli hraje
studium chvěniacute desek blan a jinyacutech podobnyacutech
objektů pro konstrukci různyacutech elektroakustickyacutech
zařiacutezeniacute (membraacuteny reproduktoru sluchaacutetka
mikrofony apod) u nichž požadujeme vysokou
kvalitu přenosu zvukovyacutech signaacutelů
MěSOŠ Klobouky u Brna 8
Šiacuteřeniacute vlněniacute
Rychlost kterou se vlněniacute šiacuteřiacute zaacutevisiacute na fyzikaacutelniacutech vlastnostech prostřediacute (pružnosti a hustotě) Stanendashli se určityacute bod prostřediacute
zdrojem kmitaveacuteho rozruchu postupuje vlněniacute ze zdroje všemi směry Všechny body do nichž dospěje vlněniacute z bodoveacuteho zdroje za
stejnou dobu ležiacute na kuloveacute ploše kterou nazyacutevaacuteme vlnoplocha Všechny body stejneacute vlnoplochy kmitajiacute se stejnou faacuteziacute Směr šiacuteřeniacute
vlněniacute určuje přiacutemka kteraacute vychaacuteziacute ze zdroje vlněniacute kolmo na vlnoplochu a nazyacutevaacute
se paprsek V bliacutezkosti bodoveacuteho zdroje vlněniacute se vytvaacuteřejiacute kuloveacute vlnoplochy
Ve většiacutech vzdaacutelenostech od zdroje je však zakřiveniacute kulovyacutech vlnoploch tak maleacute
že můžeme jejich čaacutesti nahradit vlnoplochami rovinnyacutemi
Pro šiacuteřeniacute vlněniacute v libovolneacutem pružneacutem prostřediacute platiacute tzv Huygensův
princip Každyacute bod vlnoplochy do něhož dospěje vlněniacute v určiteacutem okamžiku
se staacutevaacute zdrojem noveacuteho tzv elementaacuterniacuteho vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute z tohoto zdroje
v elementaacuterniacutech vlnoplochaacutech Vnějšiacute obalovaacute plocha všech elementaacuterniacutech
vlnoploch tvořiacute vyacuteslednou vlnoplochu v dalšiacutem časoveacutem okamžiku
MěSOŠ Klobouky u Brna 9
Pomociacute Huygensova principu můžeme konstruovat vlnoplochy v každeacutem dalšiacutem okamžiku šiacuteřeniacute vlněniacute znaacutemendashli polohu
některeacute vlnoplochy v okamžiku předchaacutezejiacuteciacutem a to i tehdy jestliže neznaacuteme polohu zdroje vlněniacute
Přiacutekladem může byacutet šiacuteřeniacute mechanickeacuteho vlněniacute na vodniacute hladině Jestliže použijeme překaacutežku s malyacutem otvorem pak se za
otvorem vytvaacuteřejiacute noveacute vlny tak jako kdyby byl otvor zdrojem vlněniacute
Na zaacutekladě Huygensova principu můžeme vysvětlit proč za lodiacute
vznikaacute rozšiřujiacuteciacute se braacutezda Oba přiacutemeacute okraje braacutezdy jsou
obaacutelkou kruhovyacutech vlnoploch s poloměry rostouciacutemi uacuteměrně
s časem a tedy i se vzdaacutelenostiacute od rovnoměrně plujiacuteciacute
lodi video akustickyacute třesk
Při pohybu tělesa rychlostiacute většiacute než jakou se šiacuteřiacute vlny vznikaacute raacutezovaacute
vlna Při překonaacutevaacuteniacute tlakoveacute barieacutery dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute velmi
rozdiacutelnyacutech tlaků před a za tělesem provaacutezeneacutem zvukovyacutemi efekty
značneacute intenzity Tento zvuk označujeme jako akustickyacute třesk Vznik
akustickeacuteho třesku doprovaacuteziacute napřiacuteklad pohyb letadla překonaacutevajiacuteciacuteho
rychlost zvuku či pohyb střely
MěSOŠ Klobouky u Brna 10
Odraz a ohyb vlněniacute
Jestliže vložiacuteme vlněniacute do cesty překaacutežku mohou nastat podle rozměrů překaacutežky dva zaacutekladniacute přiacutepady Jestliže je překaacutežka většiacute oproti
vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k odrazu vlněniacute Princip odrazu vlněniacute můžeme vysvětlit pomociacute Huygensova principu Sledujeme vlnoplochu
kteraacute postupuje ze zdroje k rovinneacute překaacutežce K niacute vlněniacute dospiacutevaacute postupně v bodech A Aacute B Bacute V době ve ktereacute vlněniacute dorazilo do
bodu A a Aacute vznikly již kolem bodů B Bacute elementaacuterniacute vlnoplochy Jejich vnějšiacute obalovaacute plocha tvořiacute vyacuteslednyacute tvar vlnoplochy odraženeacute
Podobnyacutem způsobem sestrojiacuteme tvar odraženeacute vlnoplochy
v přiacutepadě odrazu vlnoplochy rovinneacute Sledujme rovinnou
vlnoplochu kteraacute sviacuteraacute s rovinou překaacutežky uacutehel dopadu α
Vlněniacute dospiacutevaacute k překaacutežce postupně v bodech A B C V době
kdy vlněniacute dorazilo do bodu C vznikla kolem bodu A a B
elementaacuterniacute vlnoplocha Vnějšiacute obaacutelka obou elementaacuterniacutech
vlnoploch daacutevaacute vlnoplochu odraženou kteraacute je rovinnaacute a sviacuteraacute
s překaacutežkou uacutehel odrazu αacute Uacutehel odrazu vlněniacute se rovnaacute uacutehlu
jeho dopadu na překaacutežku = zaacutekon odrazu vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 11
Jestliže je překaacutežka menšiacute oproti vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k ohybu vlněniacute Princip ohybu vlněniacute můžeme takeacute vysvětlit pomociacute
Huygensova principu Okraje překaacutežky k nimž vlněniacute dospěje se staacutevajiacute zdrojem elementaacuterniacutech vlněniacute kteraacute se v přiacutepadě
bliacutezkyacutech okrajů tj malyacutech rozměrů překaacutežky za překaacutežkou spojujiacute čiacutemž vytvořiacute souvislou vyacuteslednou vlnoplochu
Podobnyacute jev nastaacutevaacute jendashli v překaacutežce velkyacutech rozměrů malyacute otvor Pozorujeme že za překaacutežkou se vlněniacute šiacuteřiacute všemi směry
ačkoliv bychom očekaacutevali že po průchodu otvorem bude vlněniacute postupovat jen původniacutem směrem kteryacutem se šiacuteřila rovinnaacute
vlna Pokus je důkazem že nastal ohyb vlněniacute Oba jevy majiacute velkyacute vyacuteznam v oblasti šiacuteřeniacute světla zvuku a rozhlasovyacutech vln
Dopplerův jev
Obecně lze Dopplerův princip vyjaacutedřit takto
Jestliže se zdroj vlněniacute a pozorovatel pohybujiacute pak při vzaacutejemneacutem přibližovaacuteniacute je
frekvence přijiacutemaneacuteho vlněniacute vyššiacute a při vzaacutejemneacutem vzdalovaacuteniacute naopak nižšiacute
Tento jev pozorujeme v přiacutepadech kdy se zdroj vlněniacute nejčastěji zvuku kolem naacutes
pohybuje
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 3
Kmitavyacute pohyb
Mechanickeacute kmitaacuteniacute je pohyb při němž se těleso vraciacute do tzv rovnovaacutežneacute polohy Jestliže těleso tento
pohyb konaacute pravidelně označujeme ho jako pohyb periodickyacute Periodickeacute pohyby konajiacute např čaacutesti
chvějiacuteciacute se struny na kytaře piacutesty spalovaciacuteho motoru kyvadlo naacutestěnnyacutech hodin srdce při pravidelneacute
srdečniacute činnosti zaacutevažiacute na pružině apod
Zařiacutezeniacute ktereacute volně kmitaacute bez vnějšiacuteho působeniacute se nazyacutevaacute mechanickyacute oscilaacutetor Přiacutekladem
mechanickeacuteho oscilaacutetoru je kulička zavěšenaacute na niti kteraacute představuje kyvadlo Volně zavěšeneacute
kyvadlo je v rovnovaacutežneacute poloze Kyvadlo se po vychyacuteleniacute vraciacute do rovnovaacutežneacute polohy kde maacute
největšiacute rychlost a pokračuje daacutel v pohybu až dosaacutehne největšiacute vyacutechylky Tam se zastaviacute a vraciacute se
zpět Odtud je zřejmeacute že kmitavyacute pohyb patřiacute mezi pohyby nerovnoměrneacute Jestliže kyvadlo prošlo
všemi naznačenyacutemi polohami řiacutekaacuteme že vykonalo jeden kmit
MěSOŠ Klobouky u Brna 4
Popis kmitaveacuteho pohybu
Zaacutevislost okamžiteacute polohy kmitajiacuteciacuteho tělesa na čase zobrazuje časovyacute diagram
kde na vodorovneacute ose je čas a na svisleacute ose je okamžitaacute vyacutechylka tělesa
Průběh kmitů můžeme sledovat osciloskopem
Rovnice harmonickeacuteho pohybu
(Uacutehel ωt nazyacutevaacuteme faacuteze harmonickeacuteho pohybu a veličinu ω uacutehlovaacute frekvence)
Periodickyacute pohyb je charakterizovaacuten pravidelnyacutem opakovaacuteniacutem určiteacuteho pohybu Nejkratšiacute doba za kterou dojde
k opakovaacuteniacute stejneacuteho pohybu je perioda T Perioda nezaacutevisiacute na rozkmitu Počet opakovaacuteniacute stejneacuteho pohybu za časovou
jednotku je frekvence nebondashli kmitočet f Vztah mezi oběma veličinami
Jednotkou periody je sekunda Jednotkou frekvence je hertz (Hz) Jeden hertz je frekvence periodickeacuteho pohybu jehož
perioda trvaacute jednu sekundu V praxi se častěji použiacutevajiacute naacutesobky ndash kilohertz kHz megahertz MHz gigahertz GHz
MěSOŠ Klobouky u Brna 5
Postupneacute vlněniacute
Jako vlněniacute označujeme šiacuteřeniacute kmitaveacuteho rozruchu prostřediacutem Vlněniacutem se přenaacutešiacute
energie čaacutestice kmitajiacute ale nepřemiacutesťujiacute se kmitajiacute kolem sveacute rovnovaacutežneacute polohy
Miacutesto z něhož se rozruch šiacuteřiacute se nazyacutevaacute zdroj vlněniacute
Přiacutečinou mechanickeacuteho vlněniacute je existence vazeb mezi čaacutesticemi (atomy molekulami)
prostřediacute kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute Kmitaacuteniacute jedneacute čaacutestice se vzaacutejemnou vazbou přenaacutešiacute na dalšiacute
čaacutestici Současně se na tuto čaacutestici přenaacutešiacute energie kmitaveacuteho pohybu Řiacutekaacuteme že se
prostřediacutem šiacuteřiacute postupneacute vlněniacute Pro zjednodušeniacute popisujeme vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute jen
v jednom směru Jednotliveacute čaacutestice si představiacuteme jako řadu bodů vzaacutejemně vaacutezanyacutech
pružnyacutemi silami Při postupneacutem vlněniacute se pohybujiacute všechny čaacutestice prostřediacute Každaacute z nich
dosahuje postupně amplitudy vyacutechylky a pak je zase v určiteacutem okamžiku v klidu
Vlněniacute přiacutečneacute
Vlněniacute podeacutelneacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 6
Mechanickeacute vlněniacute se šiacuteřiacute jen pružnyacutem prostřediacutem a jeho rychlost zaacutevisiacute na druhu prostřediacute Draacutehu kterou vlněniacute proběhne za
jednu periodu nazveme vlnovaacute deacutelka Vlnovaacute deacutelka je obecně vzdaacutelenost kteryacutechkoli dvou nejbližšiacutech bodů ktereacute kmitajiacute se
stejnou faacuteziacute Body ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky kmitajiacute s opačnou faacuteziacute Pro vlnovou deacutelku platiacute obdoba vztahu pro draacutehu
rovnoměrneacuteho přiacutemočareacuteho pohybu s = v∙t
λ = 119907 ∙ 119905 nebo λ =119907
119891
kde f je frekvence vlněniacute což je frekvence kmitaacuteniacute jak počaacutetečniacuteho bodu řady tak všech ostatniacutech
bodů řady k nimž kmitavyacute rozruch dospěje λ vlnovaacute deacutelka a v rychlost šiacuteřeniacute
Pokud se do jednoho miacutesta dostane současně vlněniacute z většiacuteho počtu zdrojů dojde ke sklaacutedaacuteniacute vlněniacute Tento jev nazyacutevaacuteme
interference a může při něm dojiacutet jak k zesiacuteleniacute tak k zeslabeniacute či vyrušeniacute vlněniacute
Popis vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 7
Velmi důležityacute a zajiacutemavyacute jev nastane doraziacutendashli vlna na konec prostřediacute např na konec gumoveacute hadice Dojde k odrazu a vlna
postupuje opačnyacutem směrem zpět Jestliže k pevneacutemu konci dospěl nejdřiacuteve vrch vlny a po něm důl pak po odrazu je situace
opačnaacute Nejdřiacuteve postupuje důl odraženeacute vlny a teprve pak jejiacute vrch Můžeme řiacutect že faacuteze odraženeacute vlny je opačnaacute
Jinyacute průběh maacute odraz vlněniacute v přiacutepadě že vlna doraziacute na neupevněnyacute konec
Na rozdiacutel od předchoziacuteho přiacutepadu odraz probiacutehaacute tak že faacuteze odraženeacute vlny je
stejnaacute jako faacuteze vlny před odrazem
Jestliže jeden konec pružneacuteho vlaacutekna trvale harmonicky kmitaacute postupuje vlněniacute ke druheacutemu konci tam se odraacutežiacute a postupuje
opačnyacutem směrem ke zdroji vlněniacute Nastaacutevaacute zajiacutemavyacute a velmi důležityacute přiacutepad kdy interferujiacute dvě stejnaacute vlněniacute ndash přiacutemeacute a odraženeacute
kteraacute postupujiacute stejnou rychlostiacute opačnyacutemi směry Vznikne vlněniacute stojateacute ndash chvěniacute
Stojateacute vlněniacute
Chvěniacute je charakteristickeacute pro zdroje zvuku jako
např struny tenkeacute tyče vzduchoveacute sloupce ale i pro
lidskeacute hlasivky Chvěniacute samozřejmě nepozorujeme
jen u jednorozměrnyacutech předmětů Důležitou roli hraje
studium chvěniacute desek blan a jinyacutech podobnyacutech
objektů pro konstrukci různyacutech elektroakustickyacutech
zařiacutezeniacute (membraacuteny reproduktoru sluchaacutetka
mikrofony apod) u nichž požadujeme vysokou
kvalitu přenosu zvukovyacutech signaacutelů
MěSOŠ Klobouky u Brna 8
Šiacuteřeniacute vlněniacute
Rychlost kterou se vlněniacute šiacuteřiacute zaacutevisiacute na fyzikaacutelniacutech vlastnostech prostřediacute (pružnosti a hustotě) Stanendashli se určityacute bod prostřediacute
zdrojem kmitaveacuteho rozruchu postupuje vlněniacute ze zdroje všemi směry Všechny body do nichž dospěje vlněniacute z bodoveacuteho zdroje za
stejnou dobu ležiacute na kuloveacute ploše kterou nazyacutevaacuteme vlnoplocha Všechny body stejneacute vlnoplochy kmitajiacute se stejnou faacuteziacute Směr šiacuteřeniacute
vlněniacute určuje přiacutemka kteraacute vychaacuteziacute ze zdroje vlněniacute kolmo na vlnoplochu a nazyacutevaacute
se paprsek V bliacutezkosti bodoveacuteho zdroje vlněniacute se vytvaacuteřejiacute kuloveacute vlnoplochy
Ve většiacutech vzdaacutelenostech od zdroje je však zakřiveniacute kulovyacutech vlnoploch tak maleacute
že můžeme jejich čaacutesti nahradit vlnoplochami rovinnyacutemi
Pro šiacuteřeniacute vlněniacute v libovolneacutem pružneacutem prostřediacute platiacute tzv Huygensův
princip Každyacute bod vlnoplochy do něhož dospěje vlněniacute v určiteacutem okamžiku
se staacutevaacute zdrojem noveacuteho tzv elementaacuterniacuteho vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute z tohoto zdroje
v elementaacuterniacutech vlnoplochaacutech Vnějšiacute obalovaacute plocha všech elementaacuterniacutech
vlnoploch tvořiacute vyacuteslednou vlnoplochu v dalšiacutem časoveacutem okamžiku
MěSOŠ Klobouky u Brna 9
Pomociacute Huygensova principu můžeme konstruovat vlnoplochy v každeacutem dalšiacutem okamžiku šiacuteřeniacute vlněniacute znaacutemendashli polohu
některeacute vlnoplochy v okamžiku předchaacutezejiacuteciacutem a to i tehdy jestliže neznaacuteme polohu zdroje vlněniacute
Přiacutekladem může byacutet šiacuteřeniacute mechanickeacuteho vlněniacute na vodniacute hladině Jestliže použijeme překaacutežku s malyacutem otvorem pak se za
otvorem vytvaacuteřejiacute noveacute vlny tak jako kdyby byl otvor zdrojem vlněniacute
Na zaacutekladě Huygensova principu můžeme vysvětlit proč za lodiacute
vznikaacute rozšiřujiacuteciacute se braacutezda Oba přiacutemeacute okraje braacutezdy jsou
obaacutelkou kruhovyacutech vlnoploch s poloměry rostouciacutemi uacuteměrně
s časem a tedy i se vzdaacutelenostiacute od rovnoměrně plujiacuteciacute
lodi video akustickyacute třesk
Při pohybu tělesa rychlostiacute většiacute než jakou se šiacuteřiacute vlny vznikaacute raacutezovaacute
vlna Při překonaacutevaacuteniacute tlakoveacute barieacutery dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute velmi
rozdiacutelnyacutech tlaků před a za tělesem provaacutezeneacutem zvukovyacutemi efekty
značneacute intenzity Tento zvuk označujeme jako akustickyacute třesk Vznik
akustickeacuteho třesku doprovaacuteziacute napřiacuteklad pohyb letadla překonaacutevajiacuteciacuteho
rychlost zvuku či pohyb střely
MěSOŠ Klobouky u Brna 10
Odraz a ohyb vlněniacute
Jestliže vložiacuteme vlněniacute do cesty překaacutežku mohou nastat podle rozměrů překaacutežky dva zaacutekladniacute přiacutepady Jestliže je překaacutežka většiacute oproti
vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k odrazu vlněniacute Princip odrazu vlněniacute můžeme vysvětlit pomociacute Huygensova principu Sledujeme vlnoplochu
kteraacute postupuje ze zdroje k rovinneacute překaacutežce K niacute vlněniacute dospiacutevaacute postupně v bodech A Aacute B Bacute V době ve ktereacute vlněniacute dorazilo do
bodu A a Aacute vznikly již kolem bodů B Bacute elementaacuterniacute vlnoplochy Jejich vnějšiacute obalovaacute plocha tvořiacute vyacuteslednyacute tvar vlnoplochy odraženeacute
Podobnyacutem způsobem sestrojiacuteme tvar odraženeacute vlnoplochy
v přiacutepadě odrazu vlnoplochy rovinneacute Sledujme rovinnou
vlnoplochu kteraacute sviacuteraacute s rovinou překaacutežky uacutehel dopadu α
Vlněniacute dospiacutevaacute k překaacutežce postupně v bodech A B C V době
kdy vlněniacute dorazilo do bodu C vznikla kolem bodu A a B
elementaacuterniacute vlnoplocha Vnějšiacute obaacutelka obou elementaacuterniacutech
vlnoploch daacutevaacute vlnoplochu odraženou kteraacute je rovinnaacute a sviacuteraacute
s překaacutežkou uacutehel odrazu αacute Uacutehel odrazu vlněniacute se rovnaacute uacutehlu
jeho dopadu na překaacutežku = zaacutekon odrazu vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 11
Jestliže je překaacutežka menšiacute oproti vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k ohybu vlněniacute Princip ohybu vlněniacute můžeme takeacute vysvětlit pomociacute
Huygensova principu Okraje překaacutežky k nimž vlněniacute dospěje se staacutevajiacute zdrojem elementaacuterniacutech vlněniacute kteraacute se v přiacutepadě
bliacutezkyacutech okrajů tj malyacutech rozměrů překaacutežky za překaacutežkou spojujiacute čiacutemž vytvořiacute souvislou vyacuteslednou vlnoplochu
Podobnyacute jev nastaacutevaacute jendashli v překaacutežce velkyacutech rozměrů malyacute otvor Pozorujeme že za překaacutežkou se vlněniacute šiacuteřiacute všemi směry
ačkoliv bychom očekaacutevali že po průchodu otvorem bude vlněniacute postupovat jen původniacutem směrem kteryacutem se šiacuteřila rovinnaacute
vlna Pokus je důkazem že nastal ohyb vlněniacute Oba jevy majiacute velkyacute vyacuteznam v oblasti šiacuteřeniacute světla zvuku a rozhlasovyacutech vln
Dopplerův jev
Obecně lze Dopplerův princip vyjaacutedřit takto
Jestliže se zdroj vlněniacute a pozorovatel pohybujiacute pak při vzaacutejemneacutem přibližovaacuteniacute je
frekvence přijiacutemaneacuteho vlněniacute vyššiacute a při vzaacutejemneacutem vzdalovaacuteniacute naopak nižšiacute
Tento jev pozorujeme v přiacutepadech kdy se zdroj vlněniacute nejčastěji zvuku kolem naacutes
pohybuje
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 4
Popis kmitaveacuteho pohybu
Zaacutevislost okamžiteacute polohy kmitajiacuteciacuteho tělesa na čase zobrazuje časovyacute diagram
kde na vodorovneacute ose je čas a na svisleacute ose je okamžitaacute vyacutechylka tělesa
Průběh kmitů můžeme sledovat osciloskopem
Rovnice harmonickeacuteho pohybu
(Uacutehel ωt nazyacutevaacuteme faacuteze harmonickeacuteho pohybu a veličinu ω uacutehlovaacute frekvence)
Periodickyacute pohyb je charakterizovaacuten pravidelnyacutem opakovaacuteniacutem určiteacuteho pohybu Nejkratšiacute doba za kterou dojde
k opakovaacuteniacute stejneacuteho pohybu je perioda T Perioda nezaacutevisiacute na rozkmitu Počet opakovaacuteniacute stejneacuteho pohybu za časovou
jednotku je frekvence nebondashli kmitočet f Vztah mezi oběma veličinami
Jednotkou periody je sekunda Jednotkou frekvence je hertz (Hz) Jeden hertz je frekvence periodickeacuteho pohybu jehož
perioda trvaacute jednu sekundu V praxi se častěji použiacutevajiacute naacutesobky ndash kilohertz kHz megahertz MHz gigahertz GHz
MěSOŠ Klobouky u Brna 5
Postupneacute vlněniacute
Jako vlněniacute označujeme šiacuteřeniacute kmitaveacuteho rozruchu prostřediacutem Vlněniacutem se přenaacutešiacute
energie čaacutestice kmitajiacute ale nepřemiacutesťujiacute se kmitajiacute kolem sveacute rovnovaacutežneacute polohy
Miacutesto z něhož se rozruch šiacuteřiacute se nazyacutevaacute zdroj vlněniacute
Přiacutečinou mechanickeacuteho vlněniacute je existence vazeb mezi čaacutesticemi (atomy molekulami)
prostřediacute kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute Kmitaacuteniacute jedneacute čaacutestice se vzaacutejemnou vazbou přenaacutešiacute na dalšiacute
čaacutestici Současně se na tuto čaacutestici přenaacutešiacute energie kmitaveacuteho pohybu Řiacutekaacuteme že se
prostřediacutem šiacuteřiacute postupneacute vlněniacute Pro zjednodušeniacute popisujeme vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute jen
v jednom směru Jednotliveacute čaacutestice si představiacuteme jako řadu bodů vzaacutejemně vaacutezanyacutech
pružnyacutemi silami Při postupneacutem vlněniacute se pohybujiacute všechny čaacutestice prostřediacute Každaacute z nich
dosahuje postupně amplitudy vyacutechylky a pak je zase v určiteacutem okamžiku v klidu
Vlněniacute přiacutečneacute
Vlněniacute podeacutelneacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 6
Mechanickeacute vlněniacute se šiacuteřiacute jen pružnyacutem prostřediacutem a jeho rychlost zaacutevisiacute na druhu prostřediacute Draacutehu kterou vlněniacute proběhne za
jednu periodu nazveme vlnovaacute deacutelka Vlnovaacute deacutelka je obecně vzdaacutelenost kteryacutechkoli dvou nejbližšiacutech bodů ktereacute kmitajiacute se
stejnou faacuteziacute Body ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky kmitajiacute s opačnou faacuteziacute Pro vlnovou deacutelku platiacute obdoba vztahu pro draacutehu
rovnoměrneacuteho přiacutemočareacuteho pohybu s = v∙t
λ = 119907 ∙ 119905 nebo λ =119907
119891
kde f je frekvence vlněniacute což je frekvence kmitaacuteniacute jak počaacutetečniacuteho bodu řady tak všech ostatniacutech
bodů řady k nimž kmitavyacute rozruch dospěje λ vlnovaacute deacutelka a v rychlost šiacuteřeniacute
Pokud se do jednoho miacutesta dostane současně vlněniacute z většiacuteho počtu zdrojů dojde ke sklaacutedaacuteniacute vlněniacute Tento jev nazyacutevaacuteme
interference a může při něm dojiacutet jak k zesiacuteleniacute tak k zeslabeniacute či vyrušeniacute vlněniacute
Popis vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 7
Velmi důležityacute a zajiacutemavyacute jev nastane doraziacutendashli vlna na konec prostřediacute např na konec gumoveacute hadice Dojde k odrazu a vlna
postupuje opačnyacutem směrem zpět Jestliže k pevneacutemu konci dospěl nejdřiacuteve vrch vlny a po něm důl pak po odrazu je situace
opačnaacute Nejdřiacuteve postupuje důl odraženeacute vlny a teprve pak jejiacute vrch Můžeme řiacutect že faacuteze odraženeacute vlny je opačnaacute
Jinyacute průběh maacute odraz vlněniacute v přiacutepadě že vlna doraziacute na neupevněnyacute konec
Na rozdiacutel od předchoziacuteho přiacutepadu odraz probiacutehaacute tak že faacuteze odraženeacute vlny je
stejnaacute jako faacuteze vlny před odrazem
Jestliže jeden konec pružneacuteho vlaacutekna trvale harmonicky kmitaacute postupuje vlněniacute ke druheacutemu konci tam se odraacutežiacute a postupuje
opačnyacutem směrem ke zdroji vlněniacute Nastaacutevaacute zajiacutemavyacute a velmi důležityacute přiacutepad kdy interferujiacute dvě stejnaacute vlněniacute ndash přiacutemeacute a odraženeacute
kteraacute postupujiacute stejnou rychlostiacute opačnyacutemi směry Vznikne vlněniacute stojateacute ndash chvěniacute
Stojateacute vlněniacute
Chvěniacute je charakteristickeacute pro zdroje zvuku jako
např struny tenkeacute tyče vzduchoveacute sloupce ale i pro
lidskeacute hlasivky Chvěniacute samozřejmě nepozorujeme
jen u jednorozměrnyacutech předmětů Důležitou roli hraje
studium chvěniacute desek blan a jinyacutech podobnyacutech
objektů pro konstrukci různyacutech elektroakustickyacutech
zařiacutezeniacute (membraacuteny reproduktoru sluchaacutetka
mikrofony apod) u nichž požadujeme vysokou
kvalitu přenosu zvukovyacutech signaacutelů
MěSOŠ Klobouky u Brna 8
Šiacuteřeniacute vlněniacute
Rychlost kterou se vlněniacute šiacuteřiacute zaacutevisiacute na fyzikaacutelniacutech vlastnostech prostřediacute (pružnosti a hustotě) Stanendashli se určityacute bod prostřediacute
zdrojem kmitaveacuteho rozruchu postupuje vlněniacute ze zdroje všemi směry Všechny body do nichž dospěje vlněniacute z bodoveacuteho zdroje za
stejnou dobu ležiacute na kuloveacute ploše kterou nazyacutevaacuteme vlnoplocha Všechny body stejneacute vlnoplochy kmitajiacute se stejnou faacuteziacute Směr šiacuteřeniacute
vlněniacute určuje přiacutemka kteraacute vychaacuteziacute ze zdroje vlněniacute kolmo na vlnoplochu a nazyacutevaacute
se paprsek V bliacutezkosti bodoveacuteho zdroje vlněniacute se vytvaacuteřejiacute kuloveacute vlnoplochy
Ve většiacutech vzdaacutelenostech od zdroje je však zakřiveniacute kulovyacutech vlnoploch tak maleacute
že můžeme jejich čaacutesti nahradit vlnoplochami rovinnyacutemi
Pro šiacuteřeniacute vlněniacute v libovolneacutem pružneacutem prostřediacute platiacute tzv Huygensův
princip Každyacute bod vlnoplochy do něhož dospěje vlněniacute v určiteacutem okamžiku
se staacutevaacute zdrojem noveacuteho tzv elementaacuterniacuteho vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute z tohoto zdroje
v elementaacuterniacutech vlnoplochaacutech Vnějšiacute obalovaacute plocha všech elementaacuterniacutech
vlnoploch tvořiacute vyacuteslednou vlnoplochu v dalšiacutem časoveacutem okamžiku
MěSOŠ Klobouky u Brna 9
Pomociacute Huygensova principu můžeme konstruovat vlnoplochy v každeacutem dalšiacutem okamžiku šiacuteřeniacute vlněniacute znaacutemendashli polohu
některeacute vlnoplochy v okamžiku předchaacutezejiacuteciacutem a to i tehdy jestliže neznaacuteme polohu zdroje vlněniacute
Přiacutekladem může byacutet šiacuteřeniacute mechanickeacuteho vlněniacute na vodniacute hladině Jestliže použijeme překaacutežku s malyacutem otvorem pak se za
otvorem vytvaacuteřejiacute noveacute vlny tak jako kdyby byl otvor zdrojem vlněniacute
Na zaacutekladě Huygensova principu můžeme vysvětlit proč za lodiacute
vznikaacute rozšiřujiacuteciacute se braacutezda Oba přiacutemeacute okraje braacutezdy jsou
obaacutelkou kruhovyacutech vlnoploch s poloměry rostouciacutemi uacuteměrně
s časem a tedy i se vzdaacutelenostiacute od rovnoměrně plujiacuteciacute
lodi video akustickyacute třesk
Při pohybu tělesa rychlostiacute většiacute než jakou se šiacuteřiacute vlny vznikaacute raacutezovaacute
vlna Při překonaacutevaacuteniacute tlakoveacute barieacutery dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute velmi
rozdiacutelnyacutech tlaků před a za tělesem provaacutezeneacutem zvukovyacutemi efekty
značneacute intenzity Tento zvuk označujeme jako akustickyacute třesk Vznik
akustickeacuteho třesku doprovaacuteziacute napřiacuteklad pohyb letadla překonaacutevajiacuteciacuteho
rychlost zvuku či pohyb střely
MěSOŠ Klobouky u Brna 10
Odraz a ohyb vlněniacute
Jestliže vložiacuteme vlněniacute do cesty překaacutežku mohou nastat podle rozměrů překaacutežky dva zaacutekladniacute přiacutepady Jestliže je překaacutežka většiacute oproti
vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k odrazu vlněniacute Princip odrazu vlněniacute můžeme vysvětlit pomociacute Huygensova principu Sledujeme vlnoplochu
kteraacute postupuje ze zdroje k rovinneacute překaacutežce K niacute vlněniacute dospiacutevaacute postupně v bodech A Aacute B Bacute V době ve ktereacute vlněniacute dorazilo do
bodu A a Aacute vznikly již kolem bodů B Bacute elementaacuterniacute vlnoplochy Jejich vnějšiacute obalovaacute plocha tvořiacute vyacuteslednyacute tvar vlnoplochy odraženeacute
Podobnyacutem způsobem sestrojiacuteme tvar odraženeacute vlnoplochy
v přiacutepadě odrazu vlnoplochy rovinneacute Sledujme rovinnou
vlnoplochu kteraacute sviacuteraacute s rovinou překaacutežky uacutehel dopadu α
Vlněniacute dospiacutevaacute k překaacutežce postupně v bodech A B C V době
kdy vlněniacute dorazilo do bodu C vznikla kolem bodu A a B
elementaacuterniacute vlnoplocha Vnějšiacute obaacutelka obou elementaacuterniacutech
vlnoploch daacutevaacute vlnoplochu odraženou kteraacute je rovinnaacute a sviacuteraacute
s překaacutežkou uacutehel odrazu αacute Uacutehel odrazu vlněniacute se rovnaacute uacutehlu
jeho dopadu na překaacutežku = zaacutekon odrazu vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 11
Jestliže je překaacutežka menšiacute oproti vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k ohybu vlněniacute Princip ohybu vlněniacute můžeme takeacute vysvětlit pomociacute
Huygensova principu Okraje překaacutežky k nimž vlněniacute dospěje se staacutevajiacute zdrojem elementaacuterniacutech vlněniacute kteraacute se v přiacutepadě
bliacutezkyacutech okrajů tj malyacutech rozměrů překaacutežky za překaacutežkou spojujiacute čiacutemž vytvořiacute souvislou vyacuteslednou vlnoplochu
Podobnyacute jev nastaacutevaacute jendashli v překaacutežce velkyacutech rozměrů malyacute otvor Pozorujeme že za překaacutežkou se vlněniacute šiacuteřiacute všemi směry
ačkoliv bychom očekaacutevali že po průchodu otvorem bude vlněniacute postupovat jen původniacutem směrem kteryacutem se šiacuteřila rovinnaacute
vlna Pokus je důkazem že nastal ohyb vlněniacute Oba jevy majiacute velkyacute vyacuteznam v oblasti šiacuteřeniacute světla zvuku a rozhlasovyacutech vln
Dopplerův jev
Obecně lze Dopplerův princip vyjaacutedřit takto
Jestliže se zdroj vlněniacute a pozorovatel pohybujiacute pak při vzaacutejemneacutem přibližovaacuteniacute je
frekvence přijiacutemaneacuteho vlněniacute vyššiacute a při vzaacutejemneacutem vzdalovaacuteniacute naopak nižšiacute
Tento jev pozorujeme v přiacutepadech kdy se zdroj vlněniacute nejčastěji zvuku kolem naacutes
pohybuje
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 5
Postupneacute vlněniacute
Jako vlněniacute označujeme šiacuteřeniacute kmitaveacuteho rozruchu prostřediacutem Vlněniacutem se přenaacutešiacute
energie čaacutestice kmitajiacute ale nepřemiacutesťujiacute se kmitajiacute kolem sveacute rovnovaacutežneacute polohy
Miacutesto z něhož se rozruch šiacuteřiacute se nazyacutevaacute zdroj vlněniacute
Přiacutečinou mechanickeacuteho vlněniacute je existence vazeb mezi čaacutesticemi (atomy molekulami)
prostřediacute kteryacutem se vlněniacute šiacuteřiacute Kmitaacuteniacute jedneacute čaacutestice se vzaacutejemnou vazbou přenaacutešiacute na dalšiacute
čaacutestici Současně se na tuto čaacutestici přenaacutešiacute energie kmitaveacuteho pohybu Řiacutekaacuteme že se
prostřediacutem šiacuteřiacute postupneacute vlněniacute Pro zjednodušeniacute popisujeme vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute jen
v jednom směru Jednotliveacute čaacutestice si představiacuteme jako řadu bodů vzaacutejemně vaacutezanyacutech
pružnyacutemi silami Při postupneacutem vlněniacute se pohybujiacute všechny čaacutestice prostřediacute Každaacute z nich
dosahuje postupně amplitudy vyacutechylky a pak je zase v určiteacutem okamžiku v klidu
Vlněniacute přiacutečneacute
Vlněniacute podeacutelneacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 6
Mechanickeacute vlněniacute se šiacuteřiacute jen pružnyacutem prostřediacutem a jeho rychlost zaacutevisiacute na druhu prostřediacute Draacutehu kterou vlněniacute proběhne za
jednu periodu nazveme vlnovaacute deacutelka Vlnovaacute deacutelka je obecně vzdaacutelenost kteryacutechkoli dvou nejbližšiacutech bodů ktereacute kmitajiacute se
stejnou faacuteziacute Body ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky kmitajiacute s opačnou faacuteziacute Pro vlnovou deacutelku platiacute obdoba vztahu pro draacutehu
rovnoměrneacuteho přiacutemočareacuteho pohybu s = v∙t
λ = 119907 ∙ 119905 nebo λ =119907
119891
kde f je frekvence vlněniacute což je frekvence kmitaacuteniacute jak počaacutetečniacuteho bodu řady tak všech ostatniacutech
bodů řady k nimž kmitavyacute rozruch dospěje λ vlnovaacute deacutelka a v rychlost šiacuteřeniacute
Pokud se do jednoho miacutesta dostane současně vlněniacute z většiacuteho počtu zdrojů dojde ke sklaacutedaacuteniacute vlněniacute Tento jev nazyacutevaacuteme
interference a může při něm dojiacutet jak k zesiacuteleniacute tak k zeslabeniacute či vyrušeniacute vlněniacute
Popis vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 7
Velmi důležityacute a zajiacutemavyacute jev nastane doraziacutendashli vlna na konec prostřediacute např na konec gumoveacute hadice Dojde k odrazu a vlna
postupuje opačnyacutem směrem zpět Jestliže k pevneacutemu konci dospěl nejdřiacuteve vrch vlny a po něm důl pak po odrazu je situace
opačnaacute Nejdřiacuteve postupuje důl odraženeacute vlny a teprve pak jejiacute vrch Můžeme řiacutect že faacuteze odraženeacute vlny je opačnaacute
Jinyacute průběh maacute odraz vlněniacute v přiacutepadě že vlna doraziacute na neupevněnyacute konec
Na rozdiacutel od předchoziacuteho přiacutepadu odraz probiacutehaacute tak že faacuteze odraženeacute vlny je
stejnaacute jako faacuteze vlny před odrazem
Jestliže jeden konec pružneacuteho vlaacutekna trvale harmonicky kmitaacute postupuje vlněniacute ke druheacutemu konci tam se odraacutežiacute a postupuje
opačnyacutem směrem ke zdroji vlněniacute Nastaacutevaacute zajiacutemavyacute a velmi důležityacute přiacutepad kdy interferujiacute dvě stejnaacute vlněniacute ndash přiacutemeacute a odraženeacute
kteraacute postupujiacute stejnou rychlostiacute opačnyacutemi směry Vznikne vlněniacute stojateacute ndash chvěniacute
Stojateacute vlněniacute
Chvěniacute je charakteristickeacute pro zdroje zvuku jako
např struny tenkeacute tyče vzduchoveacute sloupce ale i pro
lidskeacute hlasivky Chvěniacute samozřejmě nepozorujeme
jen u jednorozměrnyacutech předmětů Důležitou roli hraje
studium chvěniacute desek blan a jinyacutech podobnyacutech
objektů pro konstrukci různyacutech elektroakustickyacutech
zařiacutezeniacute (membraacuteny reproduktoru sluchaacutetka
mikrofony apod) u nichž požadujeme vysokou
kvalitu přenosu zvukovyacutech signaacutelů
MěSOŠ Klobouky u Brna 8
Šiacuteřeniacute vlněniacute
Rychlost kterou se vlněniacute šiacuteřiacute zaacutevisiacute na fyzikaacutelniacutech vlastnostech prostřediacute (pružnosti a hustotě) Stanendashli se určityacute bod prostřediacute
zdrojem kmitaveacuteho rozruchu postupuje vlněniacute ze zdroje všemi směry Všechny body do nichž dospěje vlněniacute z bodoveacuteho zdroje za
stejnou dobu ležiacute na kuloveacute ploše kterou nazyacutevaacuteme vlnoplocha Všechny body stejneacute vlnoplochy kmitajiacute se stejnou faacuteziacute Směr šiacuteřeniacute
vlněniacute určuje přiacutemka kteraacute vychaacuteziacute ze zdroje vlněniacute kolmo na vlnoplochu a nazyacutevaacute
se paprsek V bliacutezkosti bodoveacuteho zdroje vlněniacute se vytvaacuteřejiacute kuloveacute vlnoplochy
Ve většiacutech vzdaacutelenostech od zdroje je však zakřiveniacute kulovyacutech vlnoploch tak maleacute
že můžeme jejich čaacutesti nahradit vlnoplochami rovinnyacutemi
Pro šiacuteřeniacute vlněniacute v libovolneacutem pružneacutem prostřediacute platiacute tzv Huygensův
princip Každyacute bod vlnoplochy do něhož dospěje vlněniacute v určiteacutem okamžiku
se staacutevaacute zdrojem noveacuteho tzv elementaacuterniacuteho vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute z tohoto zdroje
v elementaacuterniacutech vlnoplochaacutech Vnějšiacute obalovaacute plocha všech elementaacuterniacutech
vlnoploch tvořiacute vyacuteslednou vlnoplochu v dalšiacutem časoveacutem okamžiku
MěSOŠ Klobouky u Brna 9
Pomociacute Huygensova principu můžeme konstruovat vlnoplochy v každeacutem dalšiacutem okamžiku šiacuteřeniacute vlněniacute znaacutemendashli polohu
některeacute vlnoplochy v okamžiku předchaacutezejiacuteciacutem a to i tehdy jestliže neznaacuteme polohu zdroje vlněniacute
Přiacutekladem může byacutet šiacuteřeniacute mechanickeacuteho vlněniacute na vodniacute hladině Jestliže použijeme překaacutežku s malyacutem otvorem pak se za
otvorem vytvaacuteřejiacute noveacute vlny tak jako kdyby byl otvor zdrojem vlněniacute
Na zaacutekladě Huygensova principu můžeme vysvětlit proč za lodiacute
vznikaacute rozšiřujiacuteciacute se braacutezda Oba přiacutemeacute okraje braacutezdy jsou
obaacutelkou kruhovyacutech vlnoploch s poloměry rostouciacutemi uacuteměrně
s časem a tedy i se vzdaacutelenostiacute od rovnoměrně plujiacuteciacute
lodi video akustickyacute třesk
Při pohybu tělesa rychlostiacute většiacute než jakou se šiacuteřiacute vlny vznikaacute raacutezovaacute
vlna Při překonaacutevaacuteniacute tlakoveacute barieacutery dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute velmi
rozdiacutelnyacutech tlaků před a za tělesem provaacutezeneacutem zvukovyacutemi efekty
značneacute intenzity Tento zvuk označujeme jako akustickyacute třesk Vznik
akustickeacuteho třesku doprovaacuteziacute napřiacuteklad pohyb letadla překonaacutevajiacuteciacuteho
rychlost zvuku či pohyb střely
MěSOŠ Klobouky u Brna 10
Odraz a ohyb vlněniacute
Jestliže vložiacuteme vlněniacute do cesty překaacutežku mohou nastat podle rozměrů překaacutežky dva zaacutekladniacute přiacutepady Jestliže je překaacutežka většiacute oproti
vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k odrazu vlněniacute Princip odrazu vlněniacute můžeme vysvětlit pomociacute Huygensova principu Sledujeme vlnoplochu
kteraacute postupuje ze zdroje k rovinneacute překaacutežce K niacute vlněniacute dospiacutevaacute postupně v bodech A Aacute B Bacute V době ve ktereacute vlněniacute dorazilo do
bodu A a Aacute vznikly již kolem bodů B Bacute elementaacuterniacute vlnoplochy Jejich vnějšiacute obalovaacute plocha tvořiacute vyacuteslednyacute tvar vlnoplochy odraženeacute
Podobnyacutem způsobem sestrojiacuteme tvar odraženeacute vlnoplochy
v přiacutepadě odrazu vlnoplochy rovinneacute Sledujme rovinnou
vlnoplochu kteraacute sviacuteraacute s rovinou překaacutežky uacutehel dopadu α
Vlněniacute dospiacutevaacute k překaacutežce postupně v bodech A B C V době
kdy vlněniacute dorazilo do bodu C vznikla kolem bodu A a B
elementaacuterniacute vlnoplocha Vnějšiacute obaacutelka obou elementaacuterniacutech
vlnoploch daacutevaacute vlnoplochu odraženou kteraacute je rovinnaacute a sviacuteraacute
s překaacutežkou uacutehel odrazu αacute Uacutehel odrazu vlněniacute se rovnaacute uacutehlu
jeho dopadu na překaacutežku = zaacutekon odrazu vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 11
Jestliže je překaacutežka menšiacute oproti vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k ohybu vlněniacute Princip ohybu vlněniacute můžeme takeacute vysvětlit pomociacute
Huygensova principu Okraje překaacutežky k nimž vlněniacute dospěje se staacutevajiacute zdrojem elementaacuterniacutech vlněniacute kteraacute se v přiacutepadě
bliacutezkyacutech okrajů tj malyacutech rozměrů překaacutežky za překaacutežkou spojujiacute čiacutemž vytvořiacute souvislou vyacuteslednou vlnoplochu
Podobnyacute jev nastaacutevaacute jendashli v překaacutežce velkyacutech rozměrů malyacute otvor Pozorujeme že za překaacutežkou se vlněniacute šiacuteřiacute všemi směry
ačkoliv bychom očekaacutevali že po průchodu otvorem bude vlněniacute postupovat jen původniacutem směrem kteryacutem se šiacuteřila rovinnaacute
vlna Pokus je důkazem že nastal ohyb vlněniacute Oba jevy majiacute velkyacute vyacuteznam v oblasti šiacuteřeniacute světla zvuku a rozhlasovyacutech vln
Dopplerův jev
Obecně lze Dopplerův princip vyjaacutedřit takto
Jestliže se zdroj vlněniacute a pozorovatel pohybujiacute pak při vzaacutejemneacutem přibližovaacuteniacute je
frekvence přijiacutemaneacuteho vlněniacute vyššiacute a při vzaacutejemneacutem vzdalovaacuteniacute naopak nižšiacute
Tento jev pozorujeme v přiacutepadech kdy se zdroj vlněniacute nejčastěji zvuku kolem naacutes
pohybuje
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 6
Mechanickeacute vlněniacute se šiacuteřiacute jen pružnyacutem prostřediacutem a jeho rychlost zaacutevisiacute na druhu prostřediacute Draacutehu kterou vlněniacute proběhne za
jednu periodu nazveme vlnovaacute deacutelka Vlnovaacute deacutelka je obecně vzdaacutelenost kteryacutechkoli dvou nejbližšiacutech bodů ktereacute kmitajiacute se
stejnou faacuteziacute Body ve vzdaacutelenosti poloviny vlnoveacute deacutelky kmitajiacute s opačnou faacuteziacute Pro vlnovou deacutelku platiacute obdoba vztahu pro draacutehu
rovnoměrneacuteho přiacutemočareacuteho pohybu s = v∙t
λ = 119907 ∙ 119905 nebo λ =119907
119891
kde f je frekvence vlněniacute což je frekvence kmitaacuteniacute jak počaacutetečniacuteho bodu řady tak všech ostatniacutech
bodů řady k nimž kmitavyacute rozruch dospěje λ vlnovaacute deacutelka a v rychlost šiacuteřeniacute
Pokud se do jednoho miacutesta dostane současně vlněniacute z většiacuteho počtu zdrojů dojde ke sklaacutedaacuteniacute vlněniacute Tento jev nazyacutevaacuteme
interference a může při něm dojiacutet jak k zesiacuteleniacute tak k zeslabeniacute či vyrušeniacute vlněniacute
Popis vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 7
Velmi důležityacute a zajiacutemavyacute jev nastane doraziacutendashli vlna na konec prostřediacute např na konec gumoveacute hadice Dojde k odrazu a vlna
postupuje opačnyacutem směrem zpět Jestliže k pevneacutemu konci dospěl nejdřiacuteve vrch vlny a po něm důl pak po odrazu je situace
opačnaacute Nejdřiacuteve postupuje důl odraženeacute vlny a teprve pak jejiacute vrch Můžeme řiacutect že faacuteze odraženeacute vlny je opačnaacute
Jinyacute průběh maacute odraz vlněniacute v přiacutepadě že vlna doraziacute na neupevněnyacute konec
Na rozdiacutel od předchoziacuteho přiacutepadu odraz probiacutehaacute tak že faacuteze odraženeacute vlny je
stejnaacute jako faacuteze vlny před odrazem
Jestliže jeden konec pružneacuteho vlaacutekna trvale harmonicky kmitaacute postupuje vlněniacute ke druheacutemu konci tam se odraacutežiacute a postupuje
opačnyacutem směrem ke zdroji vlněniacute Nastaacutevaacute zajiacutemavyacute a velmi důležityacute přiacutepad kdy interferujiacute dvě stejnaacute vlněniacute ndash přiacutemeacute a odraženeacute
kteraacute postupujiacute stejnou rychlostiacute opačnyacutemi směry Vznikne vlněniacute stojateacute ndash chvěniacute
Stojateacute vlněniacute
Chvěniacute je charakteristickeacute pro zdroje zvuku jako
např struny tenkeacute tyče vzduchoveacute sloupce ale i pro
lidskeacute hlasivky Chvěniacute samozřejmě nepozorujeme
jen u jednorozměrnyacutech předmětů Důležitou roli hraje
studium chvěniacute desek blan a jinyacutech podobnyacutech
objektů pro konstrukci různyacutech elektroakustickyacutech
zařiacutezeniacute (membraacuteny reproduktoru sluchaacutetka
mikrofony apod) u nichž požadujeme vysokou
kvalitu přenosu zvukovyacutech signaacutelů
MěSOŠ Klobouky u Brna 8
Šiacuteřeniacute vlněniacute
Rychlost kterou se vlněniacute šiacuteřiacute zaacutevisiacute na fyzikaacutelniacutech vlastnostech prostřediacute (pružnosti a hustotě) Stanendashli se určityacute bod prostřediacute
zdrojem kmitaveacuteho rozruchu postupuje vlněniacute ze zdroje všemi směry Všechny body do nichž dospěje vlněniacute z bodoveacuteho zdroje za
stejnou dobu ležiacute na kuloveacute ploše kterou nazyacutevaacuteme vlnoplocha Všechny body stejneacute vlnoplochy kmitajiacute se stejnou faacuteziacute Směr šiacuteřeniacute
vlněniacute určuje přiacutemka kteraacute vychaacuteziacute ze zdroje vlněniacute kolmo na vlnoplochu a nazyacutevaacute
se paprsek V bliacutezkosti bodoveacuteho zdroje vlněniacute se vytvaacuteřejiacute kuloveacute vlnoplochy
Ve většiacutech vzdaacutelenostech od zdroje je však zakřiveniacute kulovyacutech vlnoploch tak maleacute
že můžeme jejich čaacutesti nahradit vlnoplochami rovinnyacutemi
Pro šiacuteřeniacute vlněniacute v libovolneacutem pružneacutem prostřediacute platiacute tzv Huygensův
princip Každyacute bod vlnoplochy do něhož dospěje vlněniacute v určiteacutem okamžiku
se staacutevaacute zdrojem noveacuteho tzv elementaacuterniacuteho vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute z tohoto zdroje
v elementaacuterniacutech vlnoplochaacutech Vnějšiacute obalovaacute plocha všech elementaacuterniacutech
vlnoploch tvořiacute vyacuteslednou vlnoplochu v dalšiacutem časoveacutem okamžiku
MěSOŠ Klobouky u Brna 9
Pomociacute Huygensova principu můžeme konstruovat vlnoplochy v každeacutem dalšiacutem okamžiku šiacuteřeniacute vlněniacute znaacutemendashli polohu
některeacute vlnoplochy v okamžiku předchaacutezejiacuteciacutem a to i tehdy jestliže neznaacuteme polohu zdroje vlněniacute
Přiacutekladem může byacutet šiacuteřeniacute mechanickeacuteho vlněniacute na vodniacute hladině Jestliže použijeme překaacutežku s malyacutem otvorem pak se za
otvorem vytvaacuteřejiacute noveacute vlny tak jako kdyby byl otvor zdrojem vlněniacute
Na zaacutekladě Huygensova principu můžeme vysvětlit proč za lodiacute
vznikaacute rozšiřujiacuteciacute se braacutezda Oba přiacutemeacute okraje braacutezdy jsou
obaacutelkou kruhovyacutech vlnoploch s poloměry rostouciacutemi uacuteměrně
s časem a tedy i se vzdaacutelenostiacute od rovnoměrně plujiacuteciacute
lodi video akustickyacute třesk
Při pohybu tělesa rychlostiacute většiacute než jakou se šiacuteřiacute vlny vznikaacute raacutezovaacute
vlna Při překonaacutevaacuteniacute tlakoveacute barieacutery dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute velmi
rozdiacutelnyacutech tlaků před a za tělesem provaacutezeneacutem zvukovyacutemi efekty
značneacute intenzity Tento zvuk označujeme jako akustickyacute třesk Vznik
akustickeacuteho třesku doprovaacuteziacute napřiacuteklad pohyb letadla překonaacutevajiacuteciacuteho
rychlost zvuku či pohyb střely
MěSOŠ Klobouky u Brna 10
Odraz a ohyb vlněniacute
Jestliže vložiacuteme vlněniacute do cesty překaacutežku mohou nastat podle rozměrů překaacutežky dva zaacutekladniacute přiacutepady Jestliže je překaacutežka většiacute oproti
vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k odrazu vlněniacute Princip odrazu vlněniacute můžeme vysvětlit pomociacute Huygensova principu Sledujeme vlnoplochu
kteraacute postupuje ze zdroje k rovinneacute překaacutežce K niacute vlněniacute dospiacutevaacute postupně v bodech A Aacute B Bacute V době ve ktereacute vlněniacute dorazilo do
bodu A a Aacute vznikly již kolem bodů B Bacute elementaacuterniacute vlnoplochy Jejich vnějšiacute obalovaacute plocha tvořiacute vyacuteslednyacute tvar vlnoplochy odraženeacute
Podobnyacutem způsobem sestrojiacuteme tvar odraženeacute vlnoplochy
v přiacutepadě odrazu vlnoplochy rovinneacute Sledujme rovinnou
vlnoplochu kteraacute sviacuteraacute s rovinou překaacutežky uacutehel dopadu α
Vlněniacute dospiacutevaacute k překaacutežce postupně v bodech A B C V době
kdy vlněniacute dorazilo do bodu C vznikla kolem bodu A a B
elementaacuterniacute vlnoplocha Vnějšiacute obaacutelka obou elementaacuterniacutech
vlnoploch daacutevaacute vlnoplochu odraženou kteraacute je rovinnaacute a sviacuteraacute
s překaacutežkou uacutehel odrazu αacute Uacutehel odrazu vlněniacute se rovnaacute uacutehlu
jeho dopadu na překaacutežku = zaacutekon odrazu vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 11
Jestliže je překaacutežka menšiacute oproti vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k ohybu vlněniacute Princip ohybu vlněniacute můžeme takeacute vysvětlit pomociacute
Huygensova principu Okraje překaacutežky k nimž vlněniacute dospěje se staacutevajiacute zdrojem elementaacuterniacutech vlněniacute kteraacute se v přiacutepadě
bliacutezkyacutech okrajů tj malyacutech rozměrů překaacutežky za překaacutežkou spojujiacute čiacutemž vytvořiacute souvislou vyacuteslednou vlnoplochu
Podobnyacute jev nastaacutevaacute jendashli v překaacutežce velkyacutech rozměrů malyacute otvor Pozorujeme že za překaacutežkou se vlněniacute šiacuteřiacute všemi směry
ačkoliv bychom očekaacutevali že po průchodu otvorem bude vlněniacute postupovat jen původniacutem směrem kteryacutem se šiacuteřila rovinnaacute
vlna Pokus je důkazem že nastal ohyb vlněniacute Oba jevy majiacute velkyacute vyacuteznam v oblasti šiacuteřeniacute světla zvuku a rozhlasovyacutech vln
Dopplerův jev
Obecně lze Dopplerův princip vyjaacutedřit takto
Jestliže se zdroj vlněniacute a pozorovatel pohybujiacute pak při vzaacutejemneacutem přibližovaacuteniacute je
frekvence přijiacutemaneacuteho vlněniacute vyššiacute a při vzaacutejemneacutem vzdalovaacuteniacute naopak nižšiacute
Tento jev pozorujeme v přiacutepadech kdy se zdroj vlněniacute nejčastěji zvuku kolem naacutes
pohybuje
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 7
Velmi důležityacute a zajiacutemavyacute jev nastane doraziacutendashli vlna na konec prostřediacute např na konec gumoveacute hadice Dojde k odrazu a vlna
postupuje opačnyacutem směrem zpět Jestliže k pevneacutemu konci dospěl nejdřiacuteve vrch vlny a po něm důl pak po odrazu je situace
opačnaacute Nejdřiacuteve postupuje důl odraženeacute vlny a teprve pak jejiacute vrch Můžeme řiacutect že faacuteze odraženeacute vlny je opačnaacute
Jinyacute průběh maacute odraz vlněniacute v přiacutepadě že vlna doraziacute na neupevněnyacute konec
Na rozdiacutel od předchoziacuteho přiacutepadu odraz probiacutehaacute tak že faacuteze odraženeacute vlny je
stejnaacute jako faacuteze vlny před odrazem
Jestliže jeden konec pružneacuteho vlaacutekna trvale harmonicky kmitaacute postupuje vlněniacute ke druheacutemu konci tam se odraacutežiacute a postupuje
opačnyacutem směrem ke zdroji vlněniacute Nastaacutevaacute zajiacutemavyacute a velmi důležityacute přiacutepad kdy interferujiacute dvě stejnaacute vlněniacute ndash přiacutemeacute a odraženeacute
kteraacute postupujiacute stejnou rychlostiacute opačnyacutemi směry Vznikne vlněniacute stojateacute ndash chvěniacute
Stojateacute vlněniacute
Chvěniacute je charakteristickeacute pro zdroje zvuku jako
např struny tenkeacute tyče vzduchoveacute sloupce ale i pro
lidskeacute hlasivky Chvěniacute samozřejmě nepozorujeme
jen u jednorozměrnyacutech předmětů Důležitou roli hraje
studium chvěniacute desek blan a jinyacutech podobnyacutech
objektů pro konstrukci různyacutech elektroakustickyacutech
zařiacutezeniacute (membraacuteny reproduktoru sluchaacutetka
mikrofony apod) u nichž požadujeme vysokou
kvalitu přenosu zvukovyacutech signaacutelů
MěSOŠ Klobouky u Brna 8
Šiacuteřeniacute vlněniacute
Rychlost kterou se vlněniacute šiacuteřiacute zaacutevisiacute na fyzikaacutelniacutech vlastnostech prostřediacute (pružnosti a hustotě) Stanendashli se určityacute bod prostřediacute
zdrojem kmitaveacuteho rozruchu postupuje vlněniacute ze zdroje všemi směry Všechny body do nichž dospěje vlněniacute z bodoveacuteho zdroje za
stejnou dobu ležiacute na kuloveacute ploše kterou nazyacutevaacuteme vlnoplocha Všechny body stejneacute vlnoplochy kmitajiacute se stejnou faacuteziacute Směr šiacuteřeniacute
vlněniacute určuje přiacutemka kteraacute vychaacuteziacute ze zdroje vlněniacute kolmo na vlnoplochu a nazyacutevaacute
se paprsek V bliacutezkosti bodoveacuteho zdroje vlněniacute se vytvaacuteřejiacute kuloveacute vlnoplochy
Ve většiacutech vzdaacutelenostech od zdroje je však zakřiveniacute kulovyacutech vlnoploch tak maleacute
že můžeme jejich čaacutesti nahradit vlnoplochami rovinnyacutemi
Pro šiacuteřeniacute vlněniacute v libovolneacutem pružneacutem prostřediacute platiacute tzv Huygensův
princip Každyacute bod vlnoplochy do něhož dospěje vlněniacute v určiteacutem okamžiku
se staacutevaacute zdrojem noveacuteho tzv elementaacuterniacuteho vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute z tohoto zdroje
v elementaacuterniacutech vlnoplochaacutech Vnějšiacute obalovaacute plocha všech elementaacuterniacutech
vlnoploch tvořiacute vyacuteslednou vlnoplochu v dalšiacutem časoveacutem okamžiku
MěSOŠ Klobouky u Brna 9
Pomociacute Huygensova principu můžeme konstruovat vlnoplochy v každeacutem dalšiacutem okamžiku šiacuteřeniacute vlněniacute znaacutemendashli polohu
některeacute vlnoplochy v okamžiku předchaacutezejiacuteciacutem a to i tehdy jestliže neznaacuteme polohu zdroje vlněniacute
Přiacutekladem může byacutet šiacuteřeniacute mechanickeacuteho vlněniacute na vodniacute hladině Jestliže použijeme překaacutežku s malyacutem otvorem pak se za
otvorem vytvaacuteřejiacute noveacute vlny tak jako kdyby byl otvor zdrojem vlněniacute
Na zaacutekladě Huygensova principu můžeme vysvětlit proč za lodiacute
vznikaacute rozšiřujiacuteciacute se braacutezda Oba přiacutemeacute okraje braacutezdy jsou
obaacutelkou kruhovyacutech vlnoploch s poloměry rostouciacutemi uacuteměrně
s časem a tedy i se vzdaacutelenostiacute od rovnoměrně plujiacuteciacute
lodi video akustickyacute třesk
Při pohybu tělesa rychlostiacute většiacute než jakou se šiacuteřiacute vlny vznikaacute raacutezovaacute
vlna Při překonaacutevaacuteniacute tlakoveacute barieacutery dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute velmi
rozdiacutelnyacutech tlaků před a za tělesem provaacutezeneacutem zvukovyacutemi efekty
značneacute intenzity Tento zvuk označujeme jako akustickyacute třesk Vznik
akustickeacuteho třesku doprovaacuteziacute napřiacuteklad pohyb letadla překonaacutevajiacuteciacuteho
rychlost zvuku či pohyb střely
MěSOŠ Klobouky u Brna 10
Odraz a ohyb vlněniacute
Jestliže vložiacuteme vlněniacute do cesty překaacutežku mohou nastat podle rozměrů překaacutežky dva zaacutekladniacute přiacutepady Jestliže je překaacutežka většiacute oproti
vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k odrazu vlněniacute Princip odrazu vlněniacute můžeme vysvětlit pomociacute Huygensova principu Sledujeme vlnoplochu
kteraacute postupuje ze zdroje k rovinneacute překaacutežce K niacute vlněniacute dospiacutevaacute postupně v bodech A Aacute B Bacute V době ve ktereacute vlněniacute dorazilo do
bodu A a Aacute vznikly již kolem bodů B Bacute elementaacuterniacute vlnoplochy Jejich vnějšiacute obalovaacute plocha tvořiacute vyacuteslednyacute tvar vlnoplochy odraženeacute
Podobnyacutem způsobem sestrojiacuteme tvar odraženeacute vlnoplochy
v přiacutepadě odrazu vlnoplochy rovinneacute Sledujme rovinnou
vlnoplochu kteraacute sviacuteraacute s rovinou překaacutežky uacutehel dopadu α
Vlněniacute dospiacutevaacute k překaacutežce postupně v bodech A B C V době
kdy vlněniacute dorazilo do bodu C vznikla kolem bodu A a B
elementaacuterniacute vlnoplocha Vnějšiacute obaacutelka obou elementaacuterniacutech
vlnoploch daacutevaacute vlnoplochu odraženou kteraacute je rovinnaacute a sviacuteraacute
s překaacutežkou uacutehel odrazu αacute Uacutehel odrazu vlněniacute se rovnaacute uacutehlu
jeho dopadu na překaacutežku = zaacutekon odrazu vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 11
Jestliže je překaacutežka menšiacute oproti vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k ohybu vlněniacute Princip ohybu vlněniacute můžeme takeacute vysvětlit pomociacute
Huygensova principu Okraje překaacutežky k nimž vlněniacute dospěje se staacutevajiacute zdrojem elementaacuterniacutech vlněniacute kteraacute se v přiacutepadě
bliacutezkyacutech okrajů tj malyacutech rozměrů překaacutežky za překaacutežkou spojujiacute čiacutemž vytvořiacute souvislou vyacuteslednou vlnoplochu
Podobnyacute jev nastaacutevaacute jendashli v překaacutežce velkyacutech rozměrů malyacute otvor Pozorujeme že za překaacutežkou se vlněniacute šiacuteřiacute všemi směry
ačkoliv bychom očekaacutevali že po průchodu otvorem bude vlněniacute postupovat jen původniacutem směrem kteryacutem se šiacuteřila rovinnaacute
vlna Pokus je důkazem že nastal ohyb vlněniacute Oba jevy majiacute velkyacute vyacuteznam v oblasti šiacuteřeniacute světla zvuku a rozhlasovyacutech vln
Dopplerův jev
Obecně lze Dopplerův princip vyjaacutedřit takto
Jestliže se zdroj vlněniacute a pozorovatel pohybujiacute pak při vzaacutejemneacutem přibližovaacuteniacute je
frekvence přijiacutemaneacuteho vlněniacute vyššiacute a při vzaacutejemneacutem vzdalovaacuteniacute naopak nižšiacute
Tento jev pozorujeme v přiacutepadech kdy se zdroj vlněniacute nejčastěji zvuku kolem naacutes
pohybuje
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 8
Šiacuteřeniacute vlněniacute
Rychlost kterou se vlněniacute šiacuteřiacute zaacutevisiacute na fyzikaacutelniacutech vlastnostech prostřediacute (pružnosti a hustotě) Stanendashli se určityacute bod prostřediacute
zdrojem kmitaveacuteho rozruchu postupuje vlněniacute ze zdroje všemi směry Všechny body do nichž dospěje vlněniacute z bodoveacuteho zdroje za
stejnou dobu ležiacute na kuloveacute ploše kterou nazyacutevaacuteme vlnoplocha Všechny body stejneacute vlnoplochy kmitajiacute se stejnou faacuteziacute Směr šiacuteřeniacute
vlněniacute určuje přiacutemka kteraacute vychaacuteziacute ze zdroje vlněniacute kolmo na vlnoplochu a nazyacutevaacute
se paprsek V bliacutezkosti bodoveacuteho zdroje vlněniacute se vytvaacuteřejiacute kuloveacute vlnoplochy
Ve většiacutech vzdaacutelenostech od zdroje je však zakřiveniacute kulovyacutech vlnoploch tak maleacute
že můžeme jejich čaacutesti nahradit vlnoplochami rovinnyacutemi
Pro šiacuteřeniacute vlněniacute v libovolneacutem pružneacutem prostřediacute platiacute tzv Huygensův
princip Každyacute bod vlnoplochy do něhož dospěje vlněniacute v určiteacutem okamžiku
se staacutevaacute zdrojem noveacuteho tzv elementaacuterniacuteho vlněniacute ktereacute se šiacuteřiacute z tohoto zdroje
v elementaacuterniacutech vlnoplochaacutech Vnějšiacute obalovaacute plocha všech elementaacuterniacutech
vlnoploch tvořiacute vyacuteslednou vlnoplochu v dalšiacutem časoveacutem okamžiku
MěSOŠ Klobouky u Brna 9
Pomociacute Huygensova principu můžeme konstruovat vlnoplochy v každeacutem dalšiacutem okamžiku šiacuteřeniacute vlněniacute znaacutemendashli polohu
některeacute vlnoplochy v okamžiku předchaacutezejiacuteciacutem a to i tehdy jestliže neznaacuteme polohu zdroje vlněniacute
Přiacutekladem může byacutet šiacuteřeniacute mechanickeacuteho vlněniacute na vodniacute hladině Jestliže použijeme překaacutežku s malyacutem otvorem pak se za
otvorem vytvaacuteřejiacute noveacute vlny tak jako kdyby byl otvor zdrojem vlněniacute
Na zaacutekladě Huygensova principu můžeme vysvětlit proč za lodiacute
vznikaacute rozšiřujiacuteciacute se braacutezda Oba přiacutemeacute okraje braacutezdy jsou
obaacutelkou kruhovyacutech vlnoploch s poloměry rostouciacutemi uacuteměrně
s časem a tedy i se vzdaacutelenostiacute od rovnoměrně plujiacuteciacute
lodi video akustickyacute třesk
Při pohybu tělesa rychlostiacute většiacute než jakou se šiacuteřiacute vlny vznikaacute raacutezovaacute
vlna Při překonaacutevaacuteniacute tlakoveacute barieacutery dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute velmi
rozdiacutelnyacutech tlaků před a za tělesem provaacutezeneacutem zvukovyacutemi efekty
značneacute intenzity Tento zvuk označujeme jako akustickyacute třesk Vznik
akustickeacuteho třesku doprovaacuteziacute napřiacuteklad pohyb letadla překonaacutevajiacuteciacuteho
rychlost zvuku či pohyb střely
MěSOŠ Klobouky u Brna 10
Odraz a ohyb vlněniacute
Jestliže vložiacuteme vlněniacute do cesty překaacutežku mohou nastat podle rozměrů překaacutežky dva zaacutekladniacute přiacutepady Jestliže je překaacutežka většiacute oproti
vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k odrazu vlněniacute Princip odrazu vlněniacute můžeme vysvětlit pomociacute Huygensova principu Sledujeme vlnoplochu
kteraacute postupuje ze zdroje k rovinneacute překaacutežce K niacute vlněniacute dospiacutevaacute postupně v bodech A Aacute B Bacute V době ve ktereacute vlněniacute dorazilo do
bodu A a Aacute vznikly již kolem bodů B Bacute elementaacuterniacute vlnoplochy Jejich vnějšiacute obalovaacute plocha tvořiacute vyacuteslednyacute tvar vlnoplochy odraženeacute
Podobnyacutem způsobem sestrojiacuteme tvar odraženeacute vlnoplochy
v přiacutepadě odrazu vlnoplochy rovinneacute Sledujme rovinnou
vlnoplochu kteraacute sviacuteraacute s rovinou překaacutežky uacutehel dopadu α
Vlněniacute dospiacutevaacute k překaacutežce postupně v bodech A B C V době
kdy vlněniacute dorazilo do bodu C vznikla kolem bodu A a B
elementaacuterniacute vlnoplocha Vnějšiacute obaacutelka obou elementaacuterniacutech
vlnoploch daacutevaacute vlnoplochu odraženou kteraacute je rovinnaacute a sviacuteraacute
s překaacutežkou uacutehel odrazu αacute Uacutehel odrazu vlněniacute se rovnaacute uacutehlu
jeho dopadu na překaacutežku = zaacutekon odrazu vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 11
Jestliže je překaacutežka menšiacute oproti vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k ohybu vlněniacute Princip ohybu vlněniacute můžeme takeacute vysvětlit pomociacute
Huygensova principu Okraje překaacutežky k nimž vlněniacute dospěje se staacutevajiacute zdrojem elementaacuterniacutech vlněniacute kteraacute se v přiacutepadě
bliacutezkyacutech okrajů tj malyacutech rozměrů překaacutežky za překaacutežkou spojujiacute čiacutemž vytvořiacute souvislou vyacuteslednou vlnoplochu
Podobnyacute jev nastaacutevaacute jendashli v překaacutežce velkyacutech rozměrů malyacute otvor Pozorujeme že za překaacutežkou se vlněniacute šiacuteřiacute všemi směry
ačkoliv bychom očekaacutevali že po průchodu otvorem bude vlněniacute postupovat jen původniacutem směrem kteryacutem se šiacuteřila rovinnaacute
vlna Pokus je důkazem že nastal ohyb vlněniacute Oba jevy majiacute velkyacute vyacuteznam v oblasti šiacuteřeniacute světla zvuku a rozhlasovyacutech vln
Dopplerův jev
Obecně lze Dopplerův princip vyjaacutedřit takto
Jestliže se zdroj vlněniacute a pozorovatel pohybujiacute pak při vzaacutejemneacutem přibližovaacuteniacute je
frekvence přijiacutemaneacuteho vlněniacute vyššiacute a při vzaacutejemneacutem vzdalovaacuteniacute naopak nižšiacute
Tento jev pozorujeme v přiacutepadech kdy se zdroj vlněniacute nejčastěji zvuku kolem naacutes
pohybuje
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 9
Pomociacute Huygensova principu můžeme konstruovat vlnoplochy v každeacutem dalšiacutem okamžiku šiacuteřeniacute vlněniacute znaacutemendashli polohu
některeacute vlnoplochy v okamžiku předchaacutezejiacuteciacutem a to i tehdy jestliže neznaacuteme polohu zdroje vlněniacute
Přiacutekladem může byacutet šiacuteřeniacute mechanickeacuteho vlněniacute na vodniacute hladině Jestliže použijeme překaacutežku s malyacutem otvorem pak se za
otvorem vytvaacuteřejiacute noveacute vlny tak jako kdyby byl otvor zdrojem vlněniacute
Na zaacutekladě Huygensova principu můžeme vysvětlit proč za lodiacute
vznikaacute rozšiřujiacuteciacute se braacutezda Oba přiacutemeacute okraje braacutezdy jsou
obaacutelkou kruhovyacutech vlnoploch s poloměry rostouciacutemi uacuteměrně
s časem a tedy i se vzdaacutelenostiacute od rovnoměrně plujiacuteciacute
lodi video akustickyacute třesk
Při pohybu tělesa rychlostiacute většiacute než jakou se šiacuteřiacute vlny vznikaacute raacutezovaacute
vlna Při překonaacutevaacuteniacute tlakoveacute barieacutery dochaacuteziacute k vyrovnaacuteniacute velmi
rozdiacutelnyacutech tlaků před a za tělesem provaacutezeneacutem zvukovyacutemi efekty
značneacute intenzity Tento zvuk označujeme jako akustickyacute třesk Vznik
akustickeacuteho třesku doprovaacuteziacute napřiacuteklad pohyb letadla překonaacutevajiacuteciacuteho
rychlost zvuku či pohyb střely
MěSOŠ Klobouky u Brna 10
Odraz a ohyb vlněniacute
Jestliže vložiacuteme vlněniacute do cesty překaacutežku mohou nastat podle rozměrů překaacutežky dva zaacutekladniacute přiacutepady Jestliže je překaacutežka většiacute oproti
vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k odrazu vlněniacute Princip odrazu vlněniacute můžeme vysvětlit pomociacute Huygensova principu Sledujeme vlnoplochu
kteraacute postupuje ze zdroje k rovinneacute překaacutežce K niacute vlněniacute dospiacutevaacute postupně v bodech A Aacute B Bacute V době ve ktereacute vlněniacute dorazilo do
bodu A a Aacute vznikly již kolem bodů B Bacute elementaacuterniacute vlnoplochy Jejich vnějšiacute obalovaacute plocha tvořiacute vyacuteslednyacute tvar vlnoplochy odraženeacute
Podobnyacutem způsobem sestrojiacuteme tvar odraženeacute vlnoplochy
v přiacutepadě odrazu vlnoplochy rovinneacute Sledujme rovinnou
vlnoplochu kteraacute sviacuteraacute s rovinou překaacutežky uacutehel dopadu α
Vlněniacute dospiacutevaacute k překaacutežce postupně v bodech A B C V době
kdy vlněniacute dorazilo do bodu C vznikla kolem bodu A a B
elementaacuterniacute vlnoplocha Vnějšiacute obaacutelka obou elementaacuterniacutech
vlnoploch daacutevaacute vlnoplochu odraženou kteraacute je rovinnaacute a sviacuteraacute
s překaacutežkou uacutehel odrazu αacute Uacutehel odrazu vlněniacute se rovnaacute uacutehlu
jeho dopadu na překaacutežku = zaacutekon odrazu vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 11
Jestliže je překaacutežka menšiacute oproti vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k ohybu vlněniacute Princip ohybu vlněniacute můžeme takeacute vysvětlit pomociacute
Huygensova principu Okraje překaacutežky k nimž vlněniacute dospěje se staacutevajiacute zdrojem elementaacuterniacutech vlněniacute kteraacute se v přiacutepadě
bliacutezkyacutech okrajů tj malyacutech rozměrů překaacutežky za překaacutežkou spojujiacute čiacutemž vytvořiacute souvislou vyacuteslednou vlnoplochu
Podobnyacute jev nastaacutevaacute jendashli v překaacutežce velkyacutech rozměrů malyacute otvor Pozorujeme že za překaacutežkou se vlněniacute šiacuteřiacute všemi směry
ačkoliv bychom očekaacutevali že po průchodu otvorem bude vlněniacute postupovat jen původniacutem směrem kteryacutem se šiacuteřila rovinnaacute
vlna Pokus je důkazem že nastal ohyb vlněniacute Oba jevy majiacute velkyacute vyacuteznam v oblasti šiacuteřeniacute světla zvuku a rozhlasovyacutech vln
Dopplerův jev
Obecně lze Dopplerův princip vyjaacutedřit takto
Jestliže se zdroj vlněniacute a pozorovatel pohybujiacute pak při vzaacutejemneacutem přibližovaacuteniacute je
frekvence přijiacutemaneacuteho vlněniacute vyššiacute a při vzaacutejemneacutem vzdalovaacuteniacute naopak nižšiacute
Tento jev pozorujeme v přiacutepadech kdy se zdroj vlněniacute nejčastěji zvuku kolem naacutes
pohybuje
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 10
Odraz a ohyb vlněniacute
Jestliže vložiacuteme vlněniacute do cesty překaacutežku mohou nastat podle rozměrů překaacutežky dva zaacutekladniacute přiacutepady Jestliže je překaacutežka většiacute oproti
vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k odrazu vlněniacute Princip odrazu vlněniacute můžeme vysvětlit pomociacute Huygensova principu Sledujeme vlnoplochu
kteraacute postupuje ze zdroje k rovinneacute překaacutežce K niacute vlněniacute dospiacutevaacute postupně v bodech A Aacute B Bacute V době ve ktereacute vlněniacute dorazilo do
bodu A a Aacute vznikly již kolem bodů B Bacute elementaacuterniacute vlnoplochy Jejich vnějšiacute obalovaacute plocha tvořiacute vyacuteslednyacute tvar vlnoplochy odraženeacute
Podobnyacutem způsobem sestrojiacuteme tvar odraženeacute vlnoplochy
v přiacutepadě odrazu vlnoplochy rovinneacute Sledujme rovinnou
vlnoplochu kteraacute sviacuteraacute s rovinou překaacutežky uacutehel dopadu α
Vlněniacute dospiacutevaacute k překaacutežce postupně v bodech A B C V době
kdy vlněniacute dorazilo do bodu C vznikla kolem bodu A a B
elementaacuterniacute vlnoplocha Vnějšiacute obaacutelka obou elementaacuterniacutech
vlnoploch daacutevaacute vlnoplochu odraženou kteraacute je rovinnaacute a sviacuteraacute
s překaacutežkou uacutehel odrazu αacute Uacutehel odrazu vlněniacute se rovnaacute uacutehlu
jeho dopadu na překaacutežku = zaacutekon odrazu vlněniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 11
Jestliže je překaacutežka menšiacute oproti vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k ohybu vlněniacute Princip ohybu vlněniacute můžeme takeacute vysvětlit pomociacute
Huygensova principu Okraje překaacutežky k nimž vlněniacute dospěje se staacutevajiacute zdrojem elementaacuterniacutech vlněniacute kteraacute se v přiacutepadě
bliacutezkyacutech okrajů tj malyacutech rozměrů překaacutežky za překaacutežkou spojujiacute čiacutemž vytvořiacute souvislou vyacuteslednou vlnoplochu
Podobnyacute jev nastaacutevaacute jendashli v překaacutežce velkyacutech rozměrů malyacute otvor Pozorujeme že za překaacutežkou se vlněniacute šiacuteřiacute všemi směry
ačkoliv bychom očekaacutevali že po průchodu otvorem bude vlněniacute postupovat jen původniacutem směrem kteryacutem se šiacuteřila rovinnaacute
vlna Pokus je důkazem že nastal ohyb vlněniacute Oba jevy majiacute velkyacute vyacuteznam v oblasti šiacuteřeniacute světla zvuku a rozhlasovyacutech vln
Dopplerův jev
Obecně lze Dopplerův princip vyjaacutedřit takto
Jestliže se zdroj vlněniacute a pozorovatel pohybujiacute pak při vzaacutejemneacutem přibližovaacuteniacute je
frekvence přijiacutemaneacuteho vlněniacute vyššiacute a při vzaacutejemneacutem vzdalovaacuteniacute naopak nižšiacute
Tento jev pozorujeme v přiacutepadech kdy se zdroj vlněniacute nejčastěji zvuku kolem naacutes
pohybuje
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 11
Jestliže je překaacutežka menšiacute oproti vlnoveacute deacutelce dochaacuteziacute k ohybu vlněniacute Princip ohybu vlněniacute můžeme takeacute vysvětlit pomociacute
Huygensova principu Okraje překaacutežky k nimž vlněniacute dospěje se staacutevajiacute zdrojem elementaacuterniacutech vlněniacute kteraacute se v přiacutepadě
bliacutezkyacutech okrajů tj malyacutech rozměrů překaacutežky za překaacutežkou spojujiacute čiacutemž vytvořiacute souvislou vyacuteslednou vlnoplochu
Podobnyacute jev nastaacutevaacute jendashli v překaacutežce velkyacutech rozměrů malyacute otvor Pozorujeme že za překaacutežkou se vlněniacute šiacuteřiacute všemi směry
ačkoliv bychom očekaacutevali že po průchodu otvorem bude vlněniacute postupovat jen původniacutem směrem kteryacutem se šiacuteřila rovinnaacute
vlna Pokus je důkazem že nastal ohyb vlněniacute Oba jevy majiacute velkyacute vyacuteznam v oblasti šiacuteřeniacute světla zvuku a rozhlasovyacutech vln
Dopplerův jev
Obecně lze Dopplerův princip vyjaacutedřit takto
Jestliže se zdroj vlněniacute a pozorovatel pohybujiacute pak při vzaacutejemneacutem přibližovaacuteniacute je
frekvence přijiacutemaneacuteho vlněniacute vyššiacute a při vzaacutejemneacutem vzdalovaacuteniacute naopak nižšiacute
Tento jev pozorujeme v přiacutepadech kdy se zdroj vlněniacute nejčastěji zvuku kolem naacutes
pohybuje
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 12
Vznik a druhy zvuku
Zdrojem zvuku může byacutet každeacute chvějiacuteciacute se těleso tj těleso ve ktereacutem vzniklo stojateacute vlněniacute Mohou to byacutet hudebniacute naacutestroje ladičky
hlasivky ale i jinaacute chvějiacuteciacute se tělesa např součaacutestky strojů motory apod U hudebniacutech naacutestrojů se jako zdroje zvuku použiacutevajiacute struny
tyče desky membraacuteny piacutešťaly
Struny jsou napjataacute pevnaacute vlaacutekna upevněneacute na obou konciacutech Struny se rozechviacutevajiacute smyčcem (housle) drnkaacuteniacutem (kytara) nebo
naacuterazem (klaviacuter) Po rozechvěniacute struny se z miacutesta rozruchu šiacuteřiacute oběma směry postupneacute přiacutečneacute vlněniacute k oběma pevnyacutem koncům
struny kde se odraacutežiacute s opačnou faacuteziacute Původniacute a odraženeacute vlněniacute interferuje a vznikaacute přiacutečneacute stojateacute vlněniacute ndash chvěniacute Kromě běžneacuteho
způsobu rozkmitaacuteniacute struny vznikajiacute i toacuteny třeciacute jestliže kolem struny proudiacute vzduch Vznikaacute tak svištěniacute fičeniacute hviacutezdaacuteniacute větru jehož
frekvence se měniacute podle rychlosti proudiacuteciacuteho vzduchu Stejneacute toacuteny vznikajiacute při švihnutiacute bičem při letu projektilů v parniacute piacutešťale
lokomotivy apod
Chvěniacute desek jako zdrojů zvuku lze zviditelnit vznikajiacute tak Chladniho obrazce
Tenkeacute maleacute desky se mohou chvět rozmanityacutem způsobem jsou proto schopny reprodukovat jineacute zvuky s velkou přesnostiacute což se
využiacutevaacute u telefonu reproduktorů a apod Naopak velmi velkeacute tlusteacute desky majiacute zvuk přiměřeně vysokyacute čehož se využiacutevaacute u zvonů
Ušniacute bubiacutenek je rovněž tvořen blaacutenou kteraacute maacute v uchu funkci přijiacutemače zvuku
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 13
Piacutešťaly jsou trubice v nichž se zvukovaacute vlna odraacutežiacute na jejiacutech konciacutech Takovyacute odraz vznikaacute i když jsou konce trubice otevřeneacute ale
pak neniacute odraz tak dokonalyacute jako u konce uzavřeneacuteho Pokud deacutelka vlny odpoviacutedaacute deacutelce trubice vznikne složeniacutem proti sobě
běžiacuteciacutech vln vlna stojataacute Jejiacute vlnovaacute deacutelka musiacute odpoviacutedat vlastniacute frekvenci trubice Stojateacute vlny mohou dlouho kmitat s velkou
amplitudou rozechviacutevajiacute okolniacute vzduch a opět vznikaacute dobře slyšitelnyacute toacuten Takto vytvaacuteřiacute zvuk např varhaniacutek Mnoho dalšiacutech
vlastnostiacute stojatyacutech zvukovyacutech vln je podobnyacutech vlnaacutem na struně uzavřenyacute konec trubice odpoviacutedaacute upevněneacutemu konci struny ve
ktereacutem se nachaacuteziacute uzel Vzduchovyacute sloupec se uvaacutediacute do podeacutelneacuteho chvěniacute foukaacuteniacutem proti ostreacute hraně zvaneacute ret nebo chvěniacutem
pružneacuteho jazyacutečku Ret nebo jazyacuteček majiacute funkci zdroje kmitů a vzduchovyacute sloupec rezonaacutetoru a zesilovače zvuku Retneacute piacutešťaly
jsou např fleacutetny pikoly nebo piacutešťaly varhan Ostatniacute dechoveacute naacutestroje jsou piacutešťaly jazyacutečkoveacute Naacutestroje ze dřeva (hoboj anglickyacute
roh fagot) majiacute vrtaacuteniacute kuželoveacute a dvojityacute jazyacuteček klarinet a basovyacute klarinet majiacute vrtaacuteniacute vaacutelcoveacute a jednoduchyacute jazyacuteček Plechoveacute
dechoveacute naacutestroje jsou takeacute jazyacutečkoveacute ale jazyacuteček je nahrazen sevřenyacutemi rty u naacutetrubku (roh trubky pozouny)
Podle povahy zvukoveacuteho vjemu rozlišujeme zvuky
- nehudebniacute (neperiodickeacute) ktereacute se nazyacutevajiacute takeacute hluk nebo šum jsou způsobeny nepravidelnyacutemi mechanickyacutemi rozruchy
a vniacutemaacuteme je jako praskaacuteniacute šramot vrzaacuteniacute bouchnutiacute (viz obraacutezek) nebo jako některeacute souhlaacutesky
- hudebniacute (periodickeacute) zvuky neboli toacuteny jsou způsobeny periodickyacutem chvěniacutem Patřiacute mezi ně nejen zvuky hudebniacutech naacutestrojů
ale i samohlaacutesek Nejjednoduššiacute hudebniacute zvuk kteryacute maacute sinusovyacute průběh nazyacutevaacuteme jednoduchyacute toacuten
- Pokusy se zvukem Co umiacute zvuk
Nehudebniacute zvuk - hluk Hudebniacute zvuk
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 14
Šiacuteřeniacute zvuku
Ze zdroje zvuku se šiacuteřiacute zvukoveacute vlněniacute do okolniacuteho prostřediacute V kapalinaacutech a plynech se šiacuteřiacute jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute v pevnyacutech
laacutetkaacutech jako postupneacute vlněniacute podeacutelneacute i přiacutečneacute Nutnou podmiacutenkou pro šiacuteřeniacute zvuku je pružneacute prostřediacute
V nepružneacutem prostřediacute (vlna korek plsť apod) se zvuk šiacuteřiacute špatně Takoveacute laacutetky použiacutevaacuteme jako zvukoveacute izolaacutetory
ve vzduchopraacutezdnu se zvuk nešiacuteřiacute
Zvukoveacute vlněniacute maacute všechny vlastnosti vlněniacute v prostoru Pro vlnovou deacutelku λ platiacute vztahy
kde T je perioda a f frekvence vlněniacute Vlnoveacute deacutelky zvuku jsou od 21 m pro frekvenci 16 Hz do 21 mm pro frekvenci 16 kHz
Rychlost zvuku zaacutevisiacute na druhu hustotě a teplotě prostřediacute
Pro vzduch obvykle počiacutetaacuteme s hodnotou 340 m sndash1
kteraacute odpoviacutedaacute teplotě vzduchu asi 15 degC
Přiacuteklady rychlosti šiacuteřeniacute zvuku v dalšiacutech laacutetkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 15
Př 1 Lidskeacute srdce vykonaacute 75 tepů za minutu Určete periodu a frekvenci srdečniacute činnosti
Př 2 Zvuk se ve vzduchu šiacuteřiacute rychlostiacute 340 119898119904minus1 a ve vodě rychlostiacute 1 400 119898119904minus1 Vypočtěte vlnovou deacutelku přiacuteslušnou toacutenu 1198861
(komorniacute a) o frekvenci 440 119867119911 v obou prostřediacutech
Př 3 Pokusem bylo zjištěno že při frekvenci 25 kHz vznikaacute v mosazneacute tyči zvukoveacute vlněniacute o vlnoveacute deacutelce 136 m Určete
rychlost šiacuteřeniacute zvuku v mosazi
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 16
Vlastnosti zvuku
Ozvěna a dozvuk
Odraz zvukovyacutech vln můžeme pozorovat na velkeacute překaacutežce např na skalniacute stěně velkeacute budově apod Sluchem můžeme rozlišit dva
kraacutetkeacute zvuky naacutesledujiacuteciacute po sobě tehdy jendashli mezi nimi časovyacute interval alespoň 01 s Při rychlosti zvuku 340 ms musiacute byacutet stěna od naacutes
vzdaacutelena minimaacutelně 17 m V tomto přiacutepadě vznikne ozvěna jednoslabičnaacute Při vzdaacutelenosti 17n vznikne ozvěna nndashslabičnaacute
Je-li odraacutežejiacuteciacute stěna bliacuteže ke zdroji zvuku než 17 m ozvěna nevznikaacute ale prodlužuje se trvaacuteniacute zvuku původniacuteho ndash vznikaacute dozvuk
V malyacutech miacutestnostech sloužiacute k zesiacuteleniacute sluchoveacuteho vjemu
Vyacuteška zvuku
Vyacutešku jednoducheacuteho toacutenu udaacutevaacute jeho frekvence Čiacutem vyššiacute je frekvence toacutenu tiacutem maacute většiacute vyacutešku Slyšitelneacute zvukoveacute vlněniacute maacute
frekvenci od 16 Hz do 16 kHz U jednoducheacuteho toacutenu určuje frekvence absolutniacute vyacutešku toacutenu U složeneacuteho zvuku kteryacute obsahuje složky
různyacutech frekvenciacute je vyacuteška daacutena zaacutekladniacute tj nejnižšiacute frekvenciacute
Vzhledem k tomu že absolutniacute vyacutešku toacutenu většinou nedokaacutežeme přiacutemo určit sluchem zavaacutediacuteme relativniacute vyacutešku toacutenu Je daacutena
poměrem frekvence daneacuteho toacutenu k frekvenci toacutenu zaacutekladniacuteho Jako zaacutekladniacute toacuten byl v hudebniacute akustice mezinaacuterodniacute dohodou stanoven
toacuten o frekvenci 440 Hz Je označovanyacute jako komorniacute a V technickeacute praxi se jako zaacutekladniacute toacuten použiacutevaacute toacuten o frekvenci 1 kHz a označuje
se jako referenčniacute toacuten
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 17
Barva zvuku
Barva zvuku umožňuje subjektivně rozlišit toacuteny stejneacute vyacutešky ktereacute vydaacutevajiacute různeacute zdroje např hudebniacute naacutestroje Řiacutekaacuteme že zvuky
hudebniacutech naacutestrojů i lidskeacute hlasy majiacute různeacute zabarveniacute Barvu toacutenu u jednotlivyacutech hudebniacutech naacutestrojů můžeme ovlivňovat tvarem
a materiaacutelem rezonančniacute skřiacuteňky Tiacutem se zesilujiacute nebo zeslabujiacute určiteacute vyššiacute harmonickeacute toacuteny
Intenzita zvuku
K porovnaacutevaacuteniacute zvuků ktereacute vniacutemaacuteme se užiacutevaacute fyzikaacutelniacute veličina
intenzita zvuku Ta je daacutena průměrnou energiiacute vlněniacute kteraacute projde
za jednotku času (vyacutekon zvukoveacute vlny) jednotkovou plochou kolmou
ke směru šiacuteřeniacute Jednotkou hladiny intenzity zvuku je decibell (dB) Hladina intenzity zvuku
se zvyacutešiacute o 1 dB když se intenzita zvuku zvyacutešiacute asi o čtvrtinu 1 dB je zhruba nejmenšiacute rozdiacutel
v hlasitosti kteryacute sluchem ještě postřehneme Praacuteh bolesti lidskeacuteho ucha je120 dB
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 18
Infrazvuk a ultrazvuk
Infrazvuk
Člověk vniacutemaacute sluchem zvukoveacute vlněniacute o frekvenci přibližně od 16 Hz do 16 000 Hz Zvuk o frekvenci nižšiacute než 16 Hz se nazyacutevaacute
infrazvuk zvuk o frekvenci většiacute než 16 kHz se nazyacutevaacute ultrazvuk Některaacute zviacuteřata vniacutemajiacute zvuky až do 100 000 Hz
Do infrazvuku řadiacuteme předevšiacutem otřesy a zaacutechvěvy půdy kmity budov vyvolaneacute těžkyacutemi dopravniacutemi prostředky zemětřeseniacute
Vzhledem k tomu že frekvence vlastniacutech kmitů budov a jejich čaacutestiacute ležiacute často v oblasti frekvence infrazvukovyacutech vln mohou tyto
kmity vyvolat nebezpečneacute rezonančniacute jevy K registraci infrazvukovyacutech vln se dajiacute využiacutet seismografy (přiacutestroje na měřeniacute seismickyacutech
vln vznikajiacuteciacutech při zemětřeseniacutech)
Sloni použiacutevajiacute infrazvuk k vzaacutejemneacutemu dorozumiacutevaacuteniacute Mohou se tak slyšet až na vzdaacutelenosti několika kilometrů Meduacutezy vniacutemajiacute
infrazvuk pochaacutezejiacuteciacute z vln na hladině Při bliacutežiacuteciacute se bouřce mohou reagovat a vzdaacutelit se od pobřežiacute
Infrazvuk může nepřiacuteznivě působit na člověka Frekvence 7 Hz odpoviacutedaacute frekvenci alfa rytmů mozkovyacutech ktereacute odpoviacutedajiacute stavu
duševniacuteho klidu a pohody Je-li člověk vystaven frekvenciacutem bliacutezkyacutem pak se nemůže uveacutest do klidu a soustředit se Dokonce se
uvažovalo o použitiacute infrazvuku jako biologickeacute zbraně Nevyacutehodou však je že působiacute i na obsluhu zdroje zvuku
Ochrana před infrazvukem je obtiacutežnaacute protože jeho uacutetlum v různyacutech materiaacutelech je nepatrnyacute nedochaacuteziacute teacuteměř k žaacutedneacute absorpci
Jedinou možnostiacute je ho akusticky zamaskovat tj překryacutet jinyacutem slyšitelnyacutem zvukem
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 19
Ultrazvuk
Ultrazvuk maacute velmi malou vlnovou deacutelku a frekvenci většiacute než 16 kHz Při jeho šiacuteřeniacute vznikajiacute zvukoveacute stiacuteny Ultrazvukoveacute vlny se
mohou šiacuteřit ve tvaru uacutezkyacutech paprsků ktereacute se podobajiacute paprskům světelnyacutem Mohou se odraacutežet laacutemat a zaostřovat při čemž platiacute
zaacutekony analogickeacute zaacutekonům optiky Zdrojem ultrazvuku mohou byacutet magnetostrikce nebo piezoelektrickyacute jev Jako magnetostrikce se
označuje vlastnost některyacutech feromagnetickyacutech laacutetek ktereacute se vlivem zmagnetovaacuteniacute při průchodu střiacutedaveacuteho proudu pravidelně
smršťujiacute a roztahujiacute Piezoelektricky se ultrazvuk vytvaacuteřiacute pomociacute křemenneacute destičky napojeneacute na proměnneacute elektrickeacute napětiacute
Destička se v rytmu napětiacute smršťuje a roztahuje a tak kmitaacute
Ultrazvukovyacutemi vlnami ktereacute se diacuteky sveacute kraacutetkeacute vlnoveacute deacutelce maacutelo ohyacutebajiacute se daacute
zkoumat např mořskeacute dno poloha ledovce tah ryb apod Ultrazvukovaacute defektoskopie
využiacutevaacute ultrazvuk k vyhledaacutevaacuteniacute skrytyacutech vad materiaacutelu Je založena na odrazu ultrazvukovyacutech
vln na rozhraniacute dvou prostřediacute (pevneacute těleso ndash vzduch) Je-li v materiaacutelu nějakaacute vada
Ultrazvukovaacute vlna se na niacute odraziacute a je zachycena zpět přijiacutemačem Ze vzdaacutelenosti zaacuteznamů
vyslaneacuteho a odraženeacuteho impulsu lze určit hloubku vady pod povrchem
miminko ve 13 tyacutednu těhotenstviacute (asi kluk)
Na stejneacutem principu pracuje i leacutekařskaacute ultrazvukovaacute diagnostika
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 20
Elektromagnetickeacute vlněniacuteZdrojem vlněniacute nemusiacute byacutet jen mechanickeacute kmitaacuteniacute podobně se chovaacute i bdquokmitaacuteniacuteldquo elektrickeacute Kdykoli se měniacute elektrickeacute pole tvořiacute se
magnetickeacute pole Kdykoli se měniacute magnetickeacute pole vznikaacute elektrickeacute pole Takto periodicky se střiacutedajiacuteciacute elektrickeacute a magnetickeacute pole je
jedno fyzikaacutelniacute pole tzv elektromagnetickeacute pole Elektromagnetickeacute pole podobně jako jinaacute pole maacute energii kteraacute se může šiacuteřit
prostorem v podobě vlněniacute Ve stejnorodeacutem prostřediacute majiacute elektromagnetickeacute vlny kulovyacute tvar a šiacuteřiacute se přiacutemočaře jako paprsky Na rozdiacutel
od mechanickeacuteho vlněniacute nepotřebuje elektromagnetickeacute vlněniacute ke sveacutemu šiacuteřeniacute žaacutedneacute laacutetkoveacute prostřediacute a šiacuteřiacute se tedy i vakuem
V roce 1893 Hertz dokaacutezal že se elektromagnetickeacute vlny ve vakuu šiacuteřiacute rychlostiacute světla c = 120785 ∙ 120783120782120790 119950119956minus120783 elmg vlněniacute
Vlnovou deacutelku λ a frekvenci f elektromagnetickeacuteho
vlněniacute počiacutetaacuteme podle vztahů
Elektromagnetickeacute vlny se odraacutežiacute i laacutemou
Jednotliveacute druhy elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute se lišiacute vlnovou
deacutelkou a tvořiacute spektrum elektromagnetickeacuteho zaacuteřeniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 21
Vlastnosti světlaSvětlo je elektromagnetickeacute vlněniacute ktereacute maacute vlnovou deacutelku od 390 nm do 790 nm Toto vlněniacute je kvantovaacuteno na fotony (čaacutestice
světla) Světlo se šiacuteřiacute rovnoměrně přiacutemočaře o tom svědčiacute např vznik stiacutenu za překaacutežkou Jestliže zdroj světla neniacute bodovyacute pak kolem
vrženeacuteho uacuteplneacuteho stiacutenu vznikaacute i polostiacuten Stiacutenoveacute uacutekazy nejvelkolepěji představuje přiacuteroda v podobě zatměniacute Slunce a Měsiacutece
Zaacutekon zaacuteměnnosti chodu paprsků Šiacuteřiacutendashli se světlo z bodu A do bodu B po jisteacute trajektorii pak by se šiacuteřilo z bodu B do bodu A po teacuteže
trajektorii
Princip nezaacutevislosti chodu světelnyacutech paprsků paprsky ktereacute vychaacutezejiacute z jednoho zdroje světla se navzaacutejem protiacutenajiacute přitom se však
neovlivňujiacute a postupujiacute prostřediacutem nezaacutevisle jeden na druheacutem Fermatův princip Světlo se v každeacutem prostřediacute šiacuteřiacute po nejkratšiacute draacuteze
Jestliže nechaacuteme světlo prochaacutezet skleněnyacutem hranolem rozložiacuteme je na
jednobarevnaacute (monochromatickaacute) světla celyacute svazek se nazyacutevaacute spojiteacute spektrum
Ve spektru rozlišujeme sedm jednoduchyacutech barev jejichž pořadiacute je vždy stejneacute
V pořadiacute od nejmenšiacute frekvence k největšiacute jsou to barvy červenaacute oranžovaacute žlutaacute
zelenaacute modraacute indigovaacute fialovaacute
Rozklad biacuteleacuteho světla na jednotliveacute barvy pozorujeme v přiacuterodě jako
duhu Dochaacuteziacute k rozkladu světla na vodniacutech kapkaacutech
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 22
Optickyacutem prostřediacutem je každeacute prostřediacute kteryacutem se šiacuteřiacute světlo Pokud maacute optickeacute prostřediacute kdekoli ve sveacutem objemu stejneacute
vlastnosti označujeme ho jako homogenniacute neboli stejnorodeacute v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute nehomogenniacute Jestliže rychlost šiacuteřeniacute světla
v optickeacutem prostřediacute je ve všech směrech stejnaacute nazyacutevaacuteme toto prostřediacute izotropniacute (např sklo) v opačneacutem přiacutepadě se nazyacutevaacute anizotropniacute
(např krystaly) Optickaacute prostřediacute můžeme takeacute rozdělit podle vlivu na intenzitu dopadajiacuteciacuteho světla na
průhledneacute (vidiacuteme obrysy a detaily předmětů) průsvitneacute (vidiacuteme jen obrysy ne detaily) a neprůhledneacute (předměty nevidiacuteme)
Zaacutekladniacute charakteristickou prostřediacute je rychlost šiacuteřeniacute světla v tomto prostřediacute Rychlost světla ve vakuu se uvaacutediacute jako hodnota
299792458 108 ms Často se použiacutevaacute přibližnaacute hodnota 3 108 ms Tuto rychlost označujeme jako c Zaacuteroveň je to i nejvyššiacute možnaacute
rychlost jakou se může šiacuteřit jakyacutekoli signaacutel Podle speciaacutelniacute teorie relativity se většiacute rychlostiacute než je rychlost c nemůže pohybovat žaacutedneacute
těleso Mnoha pokusy bylo zjištěno že světlo se v laacutetkaacutech šiacuteřiacute rychlostiacute menšiacute než ve vakuu Pomociacute velikosti rychlosti světla v laacutetce
určujeme veličinu kterou nazyacutevaacuteme index lomu laacutetky a značiacuteme ji n Je-li c rychlost světla ve vakuu a v rychlost světla v laacutetce
definujeme index lomu laacutetky vztahem
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 23
Odraz a lom světlaPři šiacuteřeniacute světla často nastane přiacutepad kdy světlo dopadaacute na rozhraniacute dvou optickyacutech prostřediacute Přiacutekladem může byacutet slunečniacute světlo
dopadajiacuteciacute na hladinu jezera Světlo se na hladině odraacutežiacute ale takeacute pronikaacute do vody Řiacutekaacuteme že na rozhraniacute dvou prostřediacute dochaacuteziacute
k odrazu a lomu světla
Odraz světla
V miacutestě dopadu světla na rozhraniacute vztyčiacuteme kolmici
kterou nazyacutevaacuteme kolmice dopadu
Uacutehel α kteryacute sviacuteraacute paprsek dopadajiacuteciacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel dopadu
uacutehel αacute kteryacute sviacuteraacute paprsek odraženeacuteho světla s kolmiciacute
dopadu je uacutehel odrazu
Pro odraz světla platiacute zaacutekon odrazu
Velikost uacutehlu odrazu αacute se rovnaacute velikosti uacutehlu dopadu α Uacutehel
odrazu nezaacutevisiacute na frekvenci světla Pro danyacute uacutehel dopadu se světlo
odraacutežiacute pod stejnyacutem uacutehlem pro všechny frekvence Při odrazu se
takeacute neměniacute rychlost světla neboť celyacute děj probiacutehaacute v jednom
prostřediacute
Podmiacutenka α = αacute souvisiacute praacutevě se stejnou rychlostiacute světla před
odrazem i po odrazu
Při kolmeacutem dopadu je dopadajiacuteciacute paprsek saacutem kolmiciacute dopadu a je
vlastně i odraženyacutem paprskem Platiacute tedy α = αacute= 0deg
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 24
Lom světla
K lomu světla dochaacuteziacute na rozhraniacute dvou prostřediacute
pronikaacute-li světlo z jednoho prostřediacute do prostřediacute
druheacuteho Uacutehel dopadu označiacuteme α uacutehel β kteryacute sviacuteraacute
lomenyacute paprsek s kolmiciacute dopadu je uacutehel lomu
Pro lom světla platiacute Snellův zaacutekon lomu
Poměr sinu uacutehlu dopadu a sinu uacutehlu lomu je pro danou dvojici prostřediacute
staacutelaacute veličina kteraacute je určena podiacutelem rychlostiacute světla v obou prostřediacutech
kde v1 je rychlost světla v prvniacutem prostřediacute a v2 rychlost světla v druheacutem
prostřediacute Zaacutekon lomu můžeme s pomociacute vztahu pro index lomu přepsat
Jendashli n1 lt n2 (v1 gt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky řidšiacuteho do opticky
hustšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α gt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α gt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom ke kolmici
Jendashli n1 gt n2 (v1 lt v2) pak jde o přechod světla z prostřediacute opticky hustšiacuteho do opticky
řidšiacuteho Ze Snellova zaacutekona vyplyacutevaacute sin α lt sin β a z vlastnostiacute funkce sinus takeacute α lt β
Uacutehel lomu β je menšiacute než uacutehel dopadu α řiacutekaacuteme že nastal lom od kolmice
Experimentaacutelně bylo zjištěno že při kolmeacutem dopadu (α = 0deg) se světlo nelaacuteme (β = 0deg)
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 25
ZrcadlaJako zrcadlo může sloužit rovneacute rozhraniacute materiaacutelů s různyacutem indexem lomu Dochaacuteziacute na něm k odrazu světla Prvniacute zrcadla vyraacuteběnaacute
člověkem tvořila obvykle deska z leštěneacuteho kovu často ze střiacutebra Současnaacute zrcadla jsou tvořena často tenkou vrstvou hliniacuteku nanesenou
na zadniacute stranu skleněneacute tabule Protože vrstva je nanesena zezadu je zrcadlo trvanlivějšiacute za cenu o maacutelo nižšiacute kvality obrazu Tento typ
zrcadla odraacutežiacute asi 95 dopadajiacuteciacuteho světla Zadniacute strana je často natřena ochrannou vrstvou proti korozi a poškozeniacute kovu
Podle tvaru rozlišujeme
Rovinneacute zrcadlo Kulovaacute zrcadla
Duteacute (konkaacutevniacute) Vypukleacute (konvexniacute)
neskutečnyacute stejně velkyacute a stranově
převraacutecenyacute obraz
využitiacute v domaacutecnosti kosmetice
obraz může byacutet podle vzdaacutelenosti
předmětu skutečnyacute a zvětšenyacute
Využitiacute např v dalekohledech či zubniacutem
leacutekařstviacute
obraz je přiacutemyacute a zmenšenyacute přiacutenosem je
zvětšeniacute zorneacuteho uacutehlu
využitiacute např jako zrcadla v dopravě
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 26
Rovinneacute zrcadlo
Světelnyacute paprsek dopadaacute na rovinneacute zrcadlo
v bodě dopadu Paprsky dopadajiacuteciacute na rovinneacute
zrcadlo se řiacutediacute zaacutekonem odrazu Odraženyacute
paprsek proto ležiacute v rovině dopadu Na obraacutezku
je bod Aacute zdaacutenlivyacutem obrazem bodu A V
rovinneacutem zrcadle vznikaacute přiacutemyacute stranově
převraacutecenyacute nezmenšenyacute neskutečnyacute (zdaacutenlivyacute)
obraz Rovinnaacute zrcadla jsou součaacutestiacute periskopů
nebo fotoaparaacutetů - zrcadlovek Vyacutehodně se
použiacutevajiacute k měřeniacute malyacutech uacutehlů
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 27
Kulovaacute zrcadla
V duteacutem zrcadle o poloměru r se paprsky rovnoběžneacute s optickou osou
po odrazu sbiacutehajiacute do jednoho bodu tzv ohniska F Střed kuloveacute plochy
jejiacutež čaacutestiacute je zrcadlo označujeme jako střed křivosti zrcadla S Ohniskem
a středem křivosti zrcadla prochaacuteziacute optickaacute osa zrcadla Průsečiacutek optickeacute
osy zrcadla se zrcadlem je vrchol zrcadla V Vzdaacutelenost ohniska od
vrcholu zrcadla je ohniskovaacute vzdaacutelenost f Ohniskovaacute vzdaacutelenost je rovna
polovině poloměru přiacuteslušneacute kuloveacute plochy zrcadla
Do ohniska se odraacutežejiacute všechny paprsky rovnoběžneacute s optickou osou tedy
všechny paprsky vychaacutezejiacuteciacute z velmi vzdaacuteleneacuteho zdroje světla (Slunce)
Rovnoběžneacute slunečniacute paprsky se po odrazu od duteacuteho zrcadla soustřediacute
v ohnisku kde vlastně vznikaacute obraz Slunce Zde se takeacute soustřediacute energie
kterou přenaacutešiacute slunečniacute zaacuteřeniacute Když umiacutestiacuteme do ohniska hlavičku
zaacutepalky zaacutepalka se vzniacutetiacute Tento jev dal ohnisku naacutezev
Paprsky ze zdroje umiacutestěneacuteho v ohnisku duteacuteho zrcadla jsou po odrazu od
zrcadla rovnoběžneacute Toho se využiacutevaacute např v osvětlovaciacute technice kde je
však vyacutehodneacute použiacutevat dutaacute zrcadla ve tvaru paraboloidu Takto jsou
konstruovaacuteny např reflektory automobilů
Vypukleacute zrcadlo maacute odrazovou vrstvu na vnějšiacute straně Paprsky se po
odrazu od vypukleacuteho zrcadla rozptylujiacute Paprsky rovnoběžneacute s optickou
osou vypukleacuteho zrcadla se odraacutežejiacute tak jako by vychaacutezely z ohniska za
zrcadlem Obraz předmětu vytvořenyacute vypuklyacutem zrcadlem je vždy
neskutečnyacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 28
ČočkyČočky se zhotovujiacute ze skla nebo z plastickeacute hmoty ktereacute majiacute většiacute index lomu než okolniacute prostřediacute Povrch čočky tvořiacute
v nejjednoduššiacutem přiacutepadě dvě kuloveacute plochy Podle uspořaacutedaacuteniacute ploch rozlišujeme
spojky uprostřed jsou tlustšiacute než u okrajů soustřeďujiacute paprsky rovnoběžneacute s optickou osou do ohniska
rozptylky uprostřed jsou nejtenčiacute rozptylujiacute světlo tak jako by vychaacutezelo z ohniska před čočkou
Spojky Rozptylky
Na obraacutezku jsou čočky dvojvypuklaacute ndash bikonvexniacute ploskovypuklaacute ndash plankonvexniacute dutovypuklaacute ndash konkavkonvexniacute dvojdutaacute ndash
bikonkaacutevniacute ploskodutaacute ndash plankonkaacutevniacute vypuklodutaacute ndash konvexkonkaacutevniacute Toto označeniacute platiacute za předpokladu že čočka je umiacutestěna
v prostřediacute o menšiacutem indexu lomu (vzduch) Pokud by byla umiacutestěna v prostřediacute o většiacutem indexu lomu (diamant) pak by se spojka
chovala jako rozptylka a rozptylka by se chovala jako spojka
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 29
Zobrazeniacute čočkami
Vzdaacutelenost ohniska od optickeacuteho středu čočky je ohniskovaacute
vzdaacutelenost čočky Převraacutecenaacute hodnota ohniskoveacute vzdaacutelenosti
čočky je jejiacute optickaacute mohutnost Jednotkou optickeacute mohutnosti
je mndash1 nebo-li dioptrie
Obraz vytvořenyacute spojnou čočkou zaacutevisiacute na poloze předmětu vůči ohnisku a vlastnosti obrazu můžeme shrnout v tabulce
Vyacuteznamnyacutem použitiacutem je zvětšovaacuteniacute obrazu spojkou s malou ohniskovou
vzdaacutelenostiacute ndash lupa a korekce vady oka ndash dalekozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 30
Zobrazeniacute čočkami
Při zobrazovaacuteniacute rozptylkou vznikaacute při libovolneacute poloze předmětu vždy zdaacutenlivyacute vzpřiacutemenyacute a zmenšenyacute obraz Jeho velikost
zaacutevisiacute na vzdaacutelenosti předmětu od čočky Čiacutem je tato vzdaacutelenost většiacute tiacutem menšiacute je obraz V přiacutepadě zdaacutenliveacuteho obrazu jsou
paprsky po průchodu čočkou rozbiacutehaveacute nemůžeme je zachytit na stiacuteniacutetku Zdaacutenlivyacute obraz však můžeme vidět okem protože
v oku je spojnaacute čočka kteraacute změniacute směr chodu paprsků
a vytvořiacute na siacutetnici oka skutečnyacute obraz
Rozptylka se použiacutevaacute ke korekci vady lidskeacuteho oka ndash kraacutetkozrakosti
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 31
Zdroje světlaBarva ve skutečnosti neniacute jednou z vlastnostiacute objektů kolem naacutes ale je pouhyacutem vyacuteplodem našeho mozku Jakou barvu vidiacuteme zaacutevisiacute
nejen na objektu samotneacutem ale i na spoustě dalšiacutech faktorů ndash barvě světla na okolniacutem prostřediacute uacutenavě oka atd Barvy děliacuteme podle
sytosti a pestrosti na barvy syteacute (neobsahujiacute biacutelou složku např spektraacutelniacute barvy) a nesyteacute na barvy pestreacute (jsou to jednoducheacute barvy
a jejich kombinace např červenaacute oranžovaacute žlutaacute zelenaacute modraacute indigovaacute modrofialovaacute) a nepestreacute (biacutelaacute šedaacute a černaacute barva)
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev
Aditivniacute miacutechaacuteniacute barev spočiacutevaacute v tom že k jednomu barevneacutemu světlu připojiacuteme dalšiacute barevneacute světlo takže vyacutesledneacute světlo maacute bohatšiacute
spektraacutelniacute složeniacute než diacutelčiacute světla Aditivniacutem smiacutechaacuteniacutem všech jednoduchyacutech barev (červeneacute oranžoveacute žluteacute zeleneacute modreacute indigoveacute
a fialoveacute) ve stejnyacutech poměrech vznikne světlo biacuteleacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev
Při subtraktivniacutem miacutechaacuteniacute barev se ze spektra daneacute složeneacute barvy odebiacuterajiacute některeacute jeho spektraacutelniacute složky a vyacuteslednaacute barva maacute tudiacutež
chudšiacute spektraacutelniacute složeniacute Jako přiacuteklad může sloužit zdroj biacuteleacuteho světla před kteryacute je zařazen modryacute a žlutyacute filtr Modryacute filtr z původně
biacuteleacuteho světla propustiacute jen složky modreacuteho světla a žlutyacute propustiacute jen složky žluteacuteho světla Z prošleacuteho světla převlaacutedne zelenaacute barva
Kdybychom použili dva filtry jejichž spektraacutelniacute složky nemajiacute žaacutednou společnou čaacutest bude tato kombinace filtrů zcela neprůhlednaacute
Subtraktivniacute miacutechaacuteniacute barev můžeme realizovat pomociacute akvarelovyacutech barev ktereacute miacutechaacuteme na paletě Vyacuteslednaacute barva je vždy tmavšiacute než
barvy původniacute
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 32
Světelneacute zdroje
Denniacute osvětleniacute je vhodnějšiacute než osvětleniacute uměleacute Jeho zdrojem je Slunce a předměty kolem naacutes ktereacute slunečniacute světlo odraacutežiacute
Původniacutem zdrojem uměleacuteho světla byl oheň Naacutesledovaly pryskyřičneacute louče a pochodně olejoveacute lampy lojoveacute steariacutenoveacute a parafiacutenoveacute
sviacutečky lampy na sviacutetiplyn petrolejoveacute lampy nebo obloukoveacute lampy z počaacutetku 19 stoletiacute
Prehistorie žaacuterovky sahaacute až do roku 1820 kdy vznikl naacutepadem zatavit platinovyacute draacutetek do skleněneacuteho vaacutelce a zaveacutest do něj elektrickyacute
proud Tato primitivniacute žaacuterovka chviacuteli sviacutetila Až za padesaacutet let roku 1872 přišel dalšiacute zdařilyacute pokus o sestrojeniacute žaacuterovky od Alexandra
Nikolajeviče Lodygina kteraacute sviacutetila 800 hodin Na něj navaacutezal v roce 1878 Thomas Alva Edison a použil vlaacutekno uhliacutekoveacute Carl Auer von
Welsbach v roce 1898 použil osmioveacute vlaacutekno Werner von Bolton v roce 1906 tantaloveacute A Just a F Hanaman v letech 1903 až 1906
wolframoveacute V roce 1911 byla daacutena wolframovaacute vlaacutekna na trh a roku 1913 obklopena netečnyacutem plynem Zprvu se z praacuteškoveacuteho wolframu
nedařilo vyrobit trvanliveacute vlaacutekno Až teprve W D Coolidge v roce 1913 vytvořil pevnyacute a ohebnyacute draacutetek Roku 1934 bylo dosaženo vyššiacuteho
světelneacuteho toku tiacutem že byl draacutetek vinut ve dvojiteacute spiraacutele Žaacuterovky jsou zdrojem světla ktereacute je vydaacutevaacuteno vlaacuteknem žhavenyacutem elektrickyacutem
proudem Je teacuteměř bodovyacutem zdrojem barva světla připomiacutenaacute světlo přiacuterodniacute nevyacutehodou je niacutezkaacute uacutečinnost z přiacutekonu žaacuterovek se na
viditelneacute světlo proměniacute pouze 3 ndash 6 Jasy žaacuterovek jsou značneacute proto jsou oslňujiacuteciacutemi zdroji
Normou je doba životnosti žaacuterovky stanovenaacute na 1000 hodin Nejčastěji dojde k přetrženiacute vlaacutekna
otřesem velkyacutem počaacutetečniacutem proudem při zapnutiacute (vlaacuteknem projde až 10kraacutet většiacute proud než
obvykle diacuteky ktereacutemu vznikne silneacute magnetickeacute pole ktereacute vlaacutekno přetrhne)
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 33
Světelneacute zdroje
Dalšiacutem typem jsou halogenoveacute žaacuterovky s přiacuteměsiacute joacutedu bromu nebo fluoru Atomy wolframu se v bliacutezkosti vlaacutekna slučujiacute např s joacutedem
na jodid wolframu ten zůstaacutevaacute v plynneacute formě v baňce Po vypnutiacute žaacuterovky jodid wolframu kondenzuje na rychle se ochlazujiacuteciacutem vlaacutekně
a při dalšiacutem rozsviacuteceniacute se jodid rozklaacutedaacute Wolfram se tak vraciacute na povrch vlaacutekna a joacuted je k dispozici pro dalšiacute slučovaacuteniacute Halogenoveacute
žaacuterovky vynikajiacute velkyacutem světelnyacutem tokem delšiacute životnostiacute a vhodnějšiacute barvou světla
Zdrojem světla zaacuteřivky neniacute samotnyacute elektrickyacute vyacuteboj v trubici Při něm vznikaacute ultrafialoveacute zaacuteřeniacute ktereacute je pro oko neviditelneacute Vnitřniacute
stěna trubice je pokryta luminiscenčniacute vrstvou kteraacute se působeniacutem ultrafialoveacuteho zaacuteřeniacute rozsviacutetiacute
Životnost zaacuteřivek je podstatně lepšiacute než životnost žaacuterovek Podle druhu luminoforu a naacuteplně je možneacute vyrobit zaacuteřivky jejichž světlo se
daacute využiacutet nejen k osvětleniacute ale i k jinyacutem uacutečelům zaacuteřivky germicidniacute (pro ničeniacute mikroorganismů bakteriiacute pliacutesniacute kvasinek a virů)
erytemaacutelniacute (pro použitiacute v solaacuteriiacutech) černeacute zaacuteřivky tj uv zaacuteřivky pro buzeniacute fluorescence a luminiscence (ty znajiacute dobře naacutevštěvniacuteci
diskoteacutek a v bankaacutech se použiacutevajiacute pro kontrolu bankovek)
Sodiacutekoveacute vyacutebojky daacutevajiacute monochromatickeacute žluteacute světlo ve ktereacutem je vyloučeno barevneacute viděniacute vyacutehodou je lepšiacute viditelnost v mlze
nebo kouři Použiacutevajiacute se tam kde neniacute třeba rozeznaacutevat barvy např v dolech venkovniacutech prostorech apod Rovněž rtuťoveacute vyacutebojky je
možno použiacutevat na pracovištiacutech kde neniacute nutno rozeznaacutevat barvy
Velmi perspektivniacutem zdrojem světla se v současnosti jeviacute rovněž polovodičoveacute LED žaacuterovky
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 34
Světelneacute zdroje ndash veličiny
Zaacuteřeniacute vysiacutelaneacute světelnyacutem bodovyacutem zdrojem přenaacutešiacute do prostoru zaacuteřivou energii Podiacutel zaacuteřiveacute energie W prochaacutezejiacuteciacute zvolenou
plochou S za čas t se nazyacutevaacute zaacuteřivyacute tok jeho jednotkou je watt Zaacuteřivyacute tok vystupujiacuteciacute z plochy zdroje o obsahu 1 m2 se označuje jako
intenzita vyzařovaacuteniacute jejiacute jednotkou je W mndash2 Tyto veličiny popisujiacute zdroj světla pomociacute celkoveacute zaacuteřiveacute energie vysiacutelaneacute zdrojem
Zdroje světla porovnaacutevaacuteme podle jejich sviacutetivosti I Jednotkou sviacutetivosti je
kandela značka cd (z lat candelam ndash sviacutečka) kterou znaacuteme jako zaacutekladniacute
jednotku SI Sviacutetivost přibližně 1 cd maacute vaacutenočniacute sviacutečka žaacuterovka s přiacutekonem
100 W maacute asi 140 cd nebo Slunce asi 2 ∙ 1028 cd
Světelnyacute tok maacute jednotku lumen (lm) Jeden lumen je hodnota světelneacuteho
toku kteryacute vysiacutelaacute bodovyacute zdroj o sviacutetivosti 1 cd do jednotkoveacuteho
prostoroveacuteho uacutehlu
Jednotkou osvětleniacute
je lux značka lx
Osvětleniacute měřiacuteme
luxmetrem jehož
čidlem byacutevaacute
fotorezistor
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 35
Zdroje
Knihy
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy I Praha Prometheus
1993 ISBN 80-7196-184-1
Lepil Bednařiacutek a Hyacuteblovaacute Fyzika pro středniacute školy II Praha Prometheus
2002 ISBN 80-7196-185-X
Elektronickeacute zdroje
wwwgooglecom wwwedunetsoueplcz
wwwnewsroomintelcom wwwfyzikajreichlcom
wwwcezcz wwwdidaktikczfyzika
wwwtechmaniacz
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC
MěSOŠ Klobouky u Brna 36
KONEC