Edutorium: Vodní čočka

Celkový přehled Veřejnost 2. stupeň ZŠ SŠ

ZVOLTE CÍLOVOU SKUPINU pro přehlednější zobrazení.

Expozice

Edutorium

Garant:

Mgr. Kristýna Nová

Klíčová slova:

Anotace pro veřejnost:

Vodní čočka je klasickou spojnou čočkou, ovšem v tomto případě je tvořena především vodou. Má běžné vlastnosti jako jakákoli jiná spojná čočka. Na jedné její straně se nachází svítící logo Techmanie, na druhé pak bílé stínítko, na kterém si můžete vytvořit obraz tohoto loga dle vlastní libosti. Logem můžete hýbat sem a tam, můžete ho zvedat i otáčet a pozorovat při tom, co se děje s obrazem. To, co bývá ve škole často jen suchou a obtížnou teorií, se zde proměňuje na velmi srozumitelný experiment.

Anotace pro 2. stupeň ZŠ:

U vodní čočky si mohou studenti vyzkoušet hned několik jevů z paprskové optiky. Jednak si připomenou, že i voda má vyšší optickou hustotu než vzduch a láme světlo podobně jako ho láme sklo. Také si mohou vyzkoušet, jaké obrazy vytváří spojná čočka, zda jsou reálné, jestli jsou převrácené, kde vzniká "ostrý obraz" a kde jsou body rozmazané a mnoho dalšího.

RVP pro 2. stupeň ZŠ

člověk a příroda
- fyzika
  - elektromagnetické a světelné děje
    - vlastnosti světla

Anotace pro SŠ:

U vodní čočky si mohou studenti vyzkoušet hned několik jevů z paprskové optiky. Jednak si připomenou, že i voda má vyšší optickou hustotu než vzduch a láme světlo podobně jako ho láme sklo. Také si mohou vyzkoušet, jaké obrazy vytváří spojná čočka, zda jsou reálné, zda je můžeme vidět jen na stínítku nebo ho pro reálné obrazy nepotřebujeme, jestli jsou obrazy převrácené, kde vzniká "ostrý obraz" a kde jsou body rozmazané a mnoho dalšího.

RVP pro střední školy

člověk a příroda
- fyzika
  - elektromagnetické jevy, světlo
    - optické zobrazování

Věda a technika v pozadí

Základní vlastností každé čočky je, že láme světlo. Aby k tomu došlo, musí být čočka vyrobená z průhledného materiálu, ve kterém se světlo šíří menší rychlostí než ve vzduchu. Takovým materiálem může být třeba sklo, plast, ale i diamant, olej, aceton, ethylalkohol nebo třeba voda.

Historie

První zmínka o použití vodní čočky pochází z roku 63 z díla římského učence Senecy. Ten znal zvětšující účinky skleněných nádob naplněných vodou. První skutečně zvětšující skla se objevila nejspíš v 11. století v Káhiře v dílně slavného arabského optika Alhazena. Sloužila ke čtení Koránu. Jeho ploskovypuklé zvětšovací sklo se pokládalo přímo na stránku knihy. Nezávisle na Alhazenovi objevil zvětšovací sklo Roger Bacon. Bylo používáno podobně jako Alhazenovo sklo, ke čtení Bible. K výrobě lup se používal křemen nebo beryl. Postupně se tato čtenářská pomůcka oddálila od papíru a vzniky brýle (beryl – brille – brýle).

Zajímavost z praxe:
Senecův nápad byl v posledních letech znovu použit Joshuou Silverem do brýlí pro chudé. Brýle tvoří dvě plastové vrstvy mezi které se vtlačuje určitá vrstva silikonového oleje. Brýle se tak mohou přizpůsobit jakémukoli uživateli (zdroj: www.bigthink.com).
Vodní čočku můžeme najít v přírodě. Po dešti zůstávají na listech kapky vody. Pokud budeme skrz kapku pozorovat předmět ve vzdálenosti několika desítek centimetrů, tak v kapce můžeme pozorovat obraz předmětu. S pomocí vodní čočky můžeme tvořit telefonem makrofotograﬁe, za slunečného počasí zapalovat oheň nebo dokonce vařit jídlo.

Návod na fotografování makrofotograﬁí mobilním telefonem a vodní čočkou.

Vyrobte si vodní čočku s tímto návodem doma.

Teorie

Povrch čočky tvoří v nejjednodušším případě dvě kulové plochy. Vodní čočka našeho exponátu je uprostřed tlustší než u okrajů a soustřeďuje paprsky rovnoběžné s optickou osou do ohniska F, a proto se označuje jako spojka.

Princip spojné čočky.
Zdroj: Techmania Science Center. Autor: Magda Králová. Under Creative Commons.

Mezi základní charakteristiky každé čočky patří poloměry křivosti r₁, r₂ a středy křivosti S₁, S₂. Středem čočky jde optická osa, která spojuje oba středy křivosti. Polovina poloměru křivosti se nazývá ohnisková vzdálenost čočky f. Převrácená hodnota ohniskové vzdálenosti čočky je její optická mohutnost

Jednotkou optické mohutnosti φ je dioptrie. Optická mohutnost spojky se udává kladným číslem.

Vlastnosti obrazu vytvořeného spojkou závisí na poloze zobrazovaného předmětu vůči čočce. Obraz může být skutečný (dá se zobrazit na stínítku) nebo zdánlivý (dá se pozorovat přímo okem), zmenšený nebo zvětšený, převrácený nebo přímý. Obraz se dá zkonstruovat i geometricky za použití dvou paprsků (viz obrázek).