Laboratorium w szufladzie Fizyka - ebook
Wydawnictwo:
Data wydania:
1 stycznia 2016
Format ebooka:
EPUB
Format
EPUB
czytaj
na czytniku
czytaj
na tablecie
czytaj
na smartfonie
Jeden z najpopularniejszych formatów e-booków na świecie.
Niezwykle wygodny i przyjazny czytelnikom - w przeciwieństwie do formatu
PDF umożliwia skalowanie czcionki, dzięki czemu możliwe jest dopasowanie
jej wielkości do kroju i rozmiarów ekranu. Więcej informacji znajdziesz
w dziale Pomoc.
Multiformat
E-booki w Virtualo.pl dostępne są w opcji multiformatu.
Oznacza to, że po dokonaniu zakupu, e-book pojawi się na Twoim koncie we wszystkich formatach dostępnych aktualnie dla danego tytułu.
Informacja o dostępności poszczególnych formatów znajduje się na karcie produktu.
Format
MOBI
czytaj
na czytniku
czytaj
na tablecie
czytaj
na smartfonie
Jeden z najczęściej wybieranych formatów wśród czytelników
e-booków. Możesz go odczytać na czytniku Kindle oraz na smartfonach i
tabletach po zainstalowaniu specjalnej aplikacji. Więcej informacji
znajdziesz w dziale Pomoc.
Multiformat
E-booki w Virtualo.pl dostępne są w opcji multiformatu.
Oznacza to, że po dokonaniu zakupu, e-book pojawi się na Twoim koncie we wszystkich formatach dostępnych aktualnie dla danego tytułu.
Informacja o dostępności poszczególnych formatów znajduje się na karcie produktu.
Multiformat
E-booki sprzedawane w księgarni Virtualo.pl dostępne są w opcji
multiformatu - kupujesz treść, nie format. Po dodaniu e-booka do koszyka
i dokonaniu płatności, e-book pojawi się na Twoim koncie w Mojej
Bibliotece we wszystkich formatach dostępnych aktualnie dla danego
tytułu. Informacja o dostępności poszczególnych formatów znajduje się na
karcie produktu przy okładce. Uwaga: audiobooki nie są objęte opcją
multiformatu.
czytaj
na tablecie
Aby odczytywać e-booki na swoim tablecie musisz zainstalować specjalną
aplikację. W zależności od formatu e-booka oraz systemu operacyjnego,
który jest zainstalowany na Twoim urządzeniu może to być np. Bluefire
dla EPUBa lub aplikacja Kindle dla formatu MOBI.
Informacje na temat zabezpieczenia e-booka znajdziesz na karcie produktu
w "Szczegółach na temat e-booka". Więcej informacji znajdziesz w dziale
Pomoc.
czytaj
na czytniku
Czytanie na e-czytniku z ekranem e-ink jest bardzo wygodne i nie męczy
wzroku. Pliki przystosowane do odczytywania na czytnikach to przede
wszystkim EPUB (ten format możesz odczytać m.in. na czytnikach
PocketBook) i MOBI (ten fromat możesz odczytać m.in. na czytnikach Kindle).
Informacje na temat zabezpieczenia e-booka znajdziesz na karcie produktu
w "Szczegółach na temat e-booka". Więcej informacji znajdziesz w dziale
Pomoc.
czytaj
na smartfonie
Aby odczytywać e-booki na swoim smartfonie musisz zainstalować specjalną
aplikację. W zależności od formatu e-booka oraz systemu operacyjnego,
który jest zainstalowany na Twoim urządzeniu może to być np. iBooks dla
EPUBa lub aplikacja Kindle dla formatu MOBI.
Informacje na temat zabezpieczenia e-booka znajdziesz na karcie produktu
w "Szczegółach na temat e-booka". Więcej informacji znajdziesz w dziale
Pomoc.
Czytaj fragment
Pobierz fragment
Pobierz fragment w jednym z dostępnych formatów
Laboratorium w szufladzie Fizyka - ebook
Głównym celem publikacji jest zainteresowanie czytelnika szeroko pojętą fizyką doświadczalną. Nie jest to jednak podręcznik do fizyki, a zbiór przepisów na samodzielne wykonanie kilkudziesięciu doświadczeń i projektów fizycznych. Przepisy te charakteryzują się jedną ważną, wcale nie tak oczywistą cechą: wszystkie zostały wykonane przez autorów. Dzięki temu są one wykonalne, a uzyskane efekty są zgodne z opisami.
Spis treści
7 INTERFERENCJA
7 WSTĘP
10 INTERFERENCJA ŚWIATŁA NA POJEDYNCZEJ SZCZELINIE
20 INTERFERENCJA ŚWIATŁA NA PRZESZKODZIE – POMIAR ŚREDNICY WŁOSA
28 INTERFERENCJA ŚWIATŁA MONOCHROMATYCZNEGO W CIENKIEJ WARSTWIE
32 INTERFERENCJA ŚWIATŁA BIAŁEGO W CIENKIEJ WARSTWIE
36 INTERFERENCJA ŚWIATŁA POMIĘDZY ROWNOLEGŁYMI PŁYTKAMI SZKLANYMI
40 ELASTOOPTYKA
50 KOLORY
50 WIDMA ROŻNYCH ŹRODEŁ ŚWIATŁA
60 LINIE FRAUNHOFERA
62 POZORNOŚĆ BARW PRZEDMIOTOW, MIESZANIE BARW
70 KAMERA NA PODCZERWIEŃ
74 LUMINESCENCJE
74 LUMINESCENCJE
84 OPTYKA GEOMETRYCZNA
84 WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWKI SKUPIAJĄCEJ
88 PROJEKTOR Z KOMORKI, OBRAZ RZECZYWISTY I POZORNY
94 ABERRACJA CHROMATYCZNA
98 „NIEWIDZIALNOŚĆ” NA DWA SPOSOBY
104 ŻYCIE W KROPLI WODY
106 ŚWIATŁOWODY
112 MIKROSKOP Z TELEFONU KOMORKOWEGO
116 KAMERA SCHLIERENOWSKA, ROWNIEŻ BEZ KAMERY (I ZWIERCIADŁA)
122 ELEKTRYCZNOŚĆ I OKOLICE
122 INDUKCJA ELEKTROMAGNETYCZNA
128 ELEKTRYZUJĄCE NAPISY
132 AKCELERATORKI
138 ŻAROWKA
142 URZĄDZENIA ELEKTRYCZNE DWUKIERUNKOWE
152 DŹWIĘKI I DRGANIA
152 FIGURY LISSAJOUS
162 SPIROGRAF LASEROWY
172 PRĘDKOŚĆ DŹWIĘKU W GAZACH
182 EFEKT DOPPLERA
198 WAGA NEMS W SKALI MAKRO
212 DODATEK: AUDACITY
224 DODATEK: APLIKACJA GENERATORA FUNKCYJNEGO NA URZĄDZENIE MOBILNE
| Kategoria: | Popularnonaukowe |
| Zabezpieczenie: |
Watermark
|
| ISBN: | 978-83-01-18824-5 |
| Rozmiar pliku: | 31 MB |
FRAGMENT KSIĄŻKI
Zielony(*) to konstrukcje podstawowe, niewymagające bogatego zaplecza warsztatowego ani pogłębionej wiedzy z zakresu optyki, elektroniki, mechaniki. Śmiało można do nich przystąpić z marszu. To niski koszt, niewielki nakład pracy, ale doskonały efekt pod warunkiem oczywiście zachowania staranności wykonania.
Żółtym kolorem(**) oznaczone są projekty, do realizacji których potrzebne jest niewielkie zaplecze warsztatowe (np. ręczne elektronarzędzia, lutownica) oraz pewne obycie ze zjawiskami optycznymi. Informacje podane w tekście są całkowicie wystarczające do zrozumienia zasady działania budowanego przyrządu, ale pożądane jest pogłębienie wiedzy na własną rękę.
Opisy czerwone(***) to konstrukcje i przyrządy wymagające pogłębionej wiedzy z optyki oraz elektroniki. Wymagane przy tym wyposażenie nie przekracza stanu posiadania przeciętnego amatora optyki, ale zakłada i warsztat, i wiedzę na poziomie średnio zaawansowanym. To konstrukcje wymagające także dużej precyzji wykonania dla osiągnięcia doskonałego rezultatu.
Zapraszamy na stronę: www.laboratorium.pwn.plWSTĘP
Fizyka, jak się okazuje, zna odpowiedzi na wszystko niczym zrzędliwy krewny.
Woody Allen
Jeżeli chcesz odkryć coś ważnego, pracuj tylko nad pytaniami, z których można wyprowadzić przewidywania eksperymentalne.
R.P. Feynman
Dla kogo jest ta książka? Jeśli po nią sięgnąłeś, prawdopodobnie dla Ciebie. Skoro zainteresowało Cię to opracowanie, to znaczy, że masz już coś wspólnego z fizyką. Być może jesteś uczniem, nauczycielem, a może entuzjastą prenumerującym czasopisma popularno-naukowe. Może po prostu w dzieciństwie bardziej od kierowania zdalnie sterowanym samochodem interesowało Cię, jak on działa i co ma w środku. Tak – ta książka jest dla Ciebie! Niektóre opisane doświadczenia są bardzo proste i może je wykonać właściwie każdy w zaciszu swojej kuchni lub w przydomowym warsztacie. Inne wymagają sprzętu, który powinien być na wyposażeniu każdej szkoły. A jeszcze inne są zaawansowane, ale sprzęt potrzebny do ich realizacji powinien być dostępny dla kół naukowych lub lepiej wyposażonych szkół. Każdemu projektowi przypisaliśmy stopień trudności w trójstopniowej skali.
O czym jest ta książka? Najprościej mówiąc o eksperymentowaniu. Jej głównym celem jest zainteresowanie szeroko pojętą fizyką doświadczalną. W kilku przypadkach nie stronimy od głębszego wyjaśniania zjawisk, ale należy podkreślić, że nie było ambicją autorów stworzenie podręcznika fizyki.
Krótko mówiąc, masz przed oczami zbiór przepisów na samodzielne przeprowadzenie kilkudziesięciu doświadczeń i projektów fizycznych. Przepisy te charakteryzują się jedną ważną, wcale nie tak oczywistą cechą: wszystkie zostały wykonane przez autorów. W ten sposób potwierdzamy, że są one wykonalne, a uzyskane efekty są zgodne z opisami. Uważamy to za ogromną zaletę, zważywszy, że nierzadko istnieje ogromna przepaść między wyobrażeniem o tym, jak powinno wyjść doświadczenie, a jego późniejszą realizacją. Gwarantujemy, że każde z doświadczeń zostało wielokrotnie przetestowane. Bywało, że droga do osiągnięcia satysfakcjonującego efektu była kręta i okupiona wieloma nieudanymi próbami. Nie opisywaliśmy jednak tego procesu błądzenia. Otrzymujesz gotowe i najlepsze – według autorów – sposoby na wykonanie doświadczeń. Pamiętaj jednak, że nie jesteśmy wyroczniami i nie upieramy się, że nie da się ich zrobić lepiej. Wprost przeciwnie! Pewnie się da. Zresztą co to znaczy „lepiej”? Sami mając ogromną przyjemność w poszukiwaniu optymalnego rozwiązania, gorąco zachęcamy do odnajdywania własnych naukowych ścieżek, dostosowanych do Twoich potrzeb. Można więc powiedzieć, że trzymasz w dłoniach swoistą książkę kucharską i tak należy ją traktować. Paradoksalnie – w książkach tego typu, nie o samo czytanie chodzi, ale o samodzielne wykonanie przepisu. Podobnie jak w przypadku przepisów kulinarnych, tak i tutaj każdy projekt można zrobić trochę inaczej. Smacznego!
AutorzyW książce użyto oznaczeń określających poziom trudności poszczególnych doświadczeń. Stopniowania dokonano w trzech kategoriach. Każdej kategorii przypisano inny piktogram:
1. Doświadczenia, w których mogą wystąpić trudności pojęciowe:
zagadnienia łatwe
zagadnienia średnio trudne
zagadnienia trudne, wymagające wcześniejszego poznania tematu
2. Doświadczenia, w których mogą pojawić się trudności sprzętowe:
elementy tanie, ogólnie dostępne, niewymagające specjalnego przygotowania, proste w obsłudze
elementy tanie, ewentualnie z utrudnioną dostępnością lub wymagające pewnego przygotowania, średnio trudne w obsłudze
elementy drogie lub trudno dostępne lub wymagające wiedzy eksperckiej przy obsłudze lub przygotowaniu
3. Doświadczenia, w których pojawiają się zagrożenia:
brak zagrożeń lub zagrożenia minimalne
zagrożenie zdrowia w przypadku nieumiejętnej obsługi sprzętu lub przy niezachowaniu zasad bezpieczeństwa
przy wykonywaniu doświadczenia należy zachować szczególną ostrożność, gdyż niezachowanie zasad bezpieczeństwa może mieć poważne konsekwencje dla zdrowia lub życiaINTERFERENCJA
INTERFERENCJA ŚWIATŁA NA POJEDYNCZEJ SZCZELINIE **
Tabliczka z informacją o klasie lasera
Potrzebne
Wskaźnik laserowy (**) małej mocy klasy IIIa lub inny laser półprzewodnikowy ze skupioną wiązką (ze względów bezpieczeństwa nie zalecamy mocy większych niż 5 mW). Plamka laserowa musi być mała i wiązka musi być równoległa (czyli rozmiar plamki nie powinien zależeć od odległości lasera do ekranu).
Cienka szczelina. (**) Ponieważ chcemy sprawdzić, jak szerokość szczeliny wpływa na wynik eksperymentu, mamy dwa wyjścia: (i) przygotować wiele szczelin o różnych szerokościach lub (ii) znaleźć szczelinę o regulowanej szerokości. „Jakąś tam szczelinę” możemy uzyskać na wiele sposobów, np. wycinając ją w kartonie, ale na nic nam się ona zda – po prostu doświadczenie nam nie wyjdzie. Potrzebujemy szczeliny wyrafinowanej, tzn. takiej, która ma idealnie równoległe i niepostrzępione w skali mikrometrów krawędzie. Tak wyspecjalizowane narzędzie można uzyskać na wiele sposobów, np. zbliżając do siebie ostrza żyletek do golenia (można je kupić w sklepach z kosmetykami, drogeriach lub po prostu przy kasach w sklepach z artykułami spożywczymi). Tak uzyskaną szczelinę „utrwalamy” poprzez naklejenie żyletek na biurową taśmę klejącą. Dzięki temu możemy przenosić i umieszczać szczelinę w różnych punktach toru optycznego, nie martwiąc się zanadto, że podczas przenosin ustalona szerokość szczeliny ulegnie niezamierzonej zmianie. Niestety, opisane rozwiązanie nie jest regulowane, co oznacza, że za każdym razem, kiedy chcemy zmienić szerokość szczeliny, musimy demontować, a następnie montować żyletki na nowo lub musimy przygotować wiele szczelin o różnej szerokości. Problem również stanowi równoległe ustawienie żyletek, a ponadto na rynku jest wiele żyletek kiepskiej jakości, których ostrza są poszarpane w skali mikrometrów. Próbując wielu rozwiązań, doszliśmy do wniosku, że bardzo dobrą i wygodną w użytkowaniu szczelinę uzyskujemy poprzez zbliżenie do siebie szczęk suwmiarki! Suwmiarka to urządzenie służące do precyzyjnego określania wymiarów przedmiotów. Ponieważ w suwmiarce liczy się precyzja właśnie, od razu mamy spełnione dwa warunki niezbędne dla powodzenia naszego eksperymentu: (i) równoległość i (ii) gładkość krawędzi. Dodatkowo mamy wygodną regulację szerokości szczeliny i – dodatkowy bonus – mamy odczyt tej szerokości (wszak suwmiarka służy właśnie do określania wymiarów). Jako najprostsze w obsłudze polecamy suwmiarki elektroniczne, które po prostu wyświetlają wynik na swoim wyświetlaczu LCD. Ważne, aby przed wykonaniem pomiaru wyzerować suwmiarkę przy maksymalnie zamkniętych szczękach.
Suwmiarki elektroniczne można kupić już za ok. 60 zł w każdym sklepie z artykułami budowlanymi lub w sklepie z narzędziami.
Przyciskiem ZERO zerujemy wskazanie suwmiarki przy całkowicie zamkniętych szczękach. (**)
Miarka rozwijana o długości min. 2 m. (**)
Klamerki do wieszania prania. (**)
Ekran (**) (biała ściana lub biała kartka przyklejona do ściany).
Przygotowanie do doświadczenia
Bardzo ważnym aspektem większości doświadczeń optycznych jest znalezienie sposobu na stabilne mocowanie elementów układu. W znakomitej większości opisów problem ten jest zupełnie pomijany. Prawdopodobnie istnieje ciche założenie, że każdy jest wyposażony w stół optyczny z całym kompletem elementów mocujących (do soczewek, laserów, szczelin, siatek dyfrakcyjnych, polaryzatorów itd.). Chcielibyśmy Cię bardzo na to wyczulić, bo w praktyce okazuje się, że trudności w mocowaniu elementów optycznych urastają do rangi największych, tzn. powodują, że nie możemy zaobserwować oczekiwanego efektu. Z naszego doświadczenia wynika, że jeśli w eksperymencie N elementów znajduje się w torze optycznym, to N - 1 musi być zamocowanych na sztywno, a w przypadku tylko jednego elementu możecie pozwolić sobie na pracę „z ręki”.
Ustaw następujący tor optyczny:
Jeśli w naszym eksperymencie jako ekranu użyjemy ściany, to pozostają nam dwa elementy w torze optycznym: (i) wskaźnik laserowy i (ii) szczelina (czyli w naszym przypadku suwmiarka). Z powodów praktycznych wskaźnik laserowy powinien być zamocowany na sztywno. W tym celu możesz wykorzystać klamerki, które chwycą odpowiednio laser i pozwolą utrzymać całość stabilnie na blacie stołu.
Klamerki mają też tę przyjemną cechę, że mogą posłużyć jako blokada przycisku zapalającego wiązkę laserową (**). Suwmiarką możemy operować „z ręki”. Doświadczenie wykonujemy w ciemności.
UWAGA! Podczas pracy z laserami należy zachować szczególną ostrożność. Nie wolno kierować wiązki w stronę oczu lub zaglądać do wnętrza lasera. Należy również uważać, aby wiązka odbita nie trafiła w oczy.
Przebieg doświadczenia
Po ustawieniu układu optycznego wykonujemy doświadczenie:
1. Zamknij maksymalnie szczęki suwmiarki i przyciskiem ZERO wyzeruj jej wskazania.
2. Ustaw laser w odległości ok. 200 cm od ekranu i skieruj wiązkę laserową w stronę ekranu.
3. Zacznij od szerokiej szczeliny. Otwórz szeroko szczęki suwmiarki.
4. Ustaw suwmiarkę w wiązce laserowej blisko lasera, w odległości ok. 5 cm od niego.
5. Powoli zamykaj szczęki suwmiarki (**), uzyskując coraz węższą szczelinę. Cały czas pilnuj, aby wiązka laserowa przechodziła między szczękami. Najlepiej, gdy wiązka trafia w miejsce, gdzie szczęki suwmiarki mają cienką i ostrą krawędź (ale nie w samo ostrze). Obserwuj na ekranie plamkę laserową.
1. Kiedy szczelina jest bardzo wąska, na ekranie dzieje się coś zaskakującego. Plamka laserowa ulega rozmyciu i jednocześnie pojawiają się naprzemiennie występujące ciemne i jasne obszary, tzw. prążki.
2. Zawężanie szczeliny powoduje poszerzenie prążków (por. zdjęcie poniżej).
Zawężanie szczeliny powoduje „rozmycie” obrazu interferencyjnego: d to szerokość szczeliny
Żółtym kolorem(**) oznaczone są projekty, do realizacji których potrzebne jest niewielkie zaplecze warsztatowe (np. ręczne elektronarzędzia, lutownica) oraz pewne obycie ze zjawiskami optycznymi. Informacje podane w tekście są całkowicie wystarczające do zrozumienia zasady działania budowanego przyrządu, ale pożądane jest pogłębienie wiedzy na własną rękę.
Opisy czerwone(***) to konstrukcje i przyrządy wymagające pogłębionej wiedzy z optyki oraz elektroniki. Wymagane przy tym wyposażenie nie przekracza stanu posiadania przeciętnego amatora optyki, ale zakłada i warsztat, i wiedzę na poziomie średnio zaawansowanym. To konstrukcje wymagające także dużej precyzji wykonania dla osiągnięcia doskonałego rezultatu.
Zapraszamy na stronę: www.laboratorium.pwn.plWSTĘP
Fizyka, jak się okazuje, zna odpowiedzi na wszystko niczym zrzędliwy krewny.
Woody Allen
Jeżeli chcesz odkryć coś ważnego, pracuj tylko nad pytaniami, z których można wyprowadzić przewidywania eksperymentalne.
R.P. Feynman
Dla kogo jest ta książka? Jeśli po nią sięgnąłeś, prawdopodobnie dla Ciebie. Skoro zainteresowało Cię to opracowanie, to znaczy, że masz już coś wspólnego z fizyką. Być może jesteś uczniem, nauczycielem, a może entuzjastą prenumerującym czasopisma popularno-naukowe. Może po prostu w dzieciństwie bardziej od kierowania zdalnie sterowanym samochodem interesowało Cię, jak on działa i co ma w środku. Tak – ta książka jest dla Ciebie! Niektóre opisane doświadczenia są bardzo proste i może je wykonać właściwie każdy w zaciszu swojej kuchni lub w przydomowym warsztacie. Inne wymagają sprzętu, który powinien być na wyposażeniu każdej szkoły. A jeszcze inne są zaawansowane, ale sprzęt potrzebny do ich realizacji powinien być dostępny dla kół naukowych lub lepiej wyposażonych szkół. Każdemu projektowi przypisaliśmy stopień trudności w trójstopniowej skali.
O czym jest ta książka? Najprościej mówiąc o eksperymentowaniu. Jej głównym celem jest zainteresowanie szeroko pojętą fizyką doświadczalną. W kilku przypadkach nie stronimy od głębszego wyjaśniania zjawisk, ale należy podkreślić, że nie było ambicją autorów stworzenie podręcznika fizyki.
Krótko mówiąc, masz przed oczami zbiór przepisów na samodzielne przeprowadzenie kilkudziesięciu doświadczeń i projektów fizycznych. Przepisy te charakteryzują się jedną ważną, wcale nie tak oczywistą cechą: wszystkie zostały wykonane przez autorów. W ten sposób potwierdzamy, że są one wykonalne, a uzyskane efekty są zgodne z opisami. Uważamy to za ogromną zaletę, zważywszy, że nierzadko istnieje ogromna przepaść między wyobrażeniem o tym, jak powinno wyjść doświadczenie, a jego późniejszą realizacją. Gwarantujemy, że każde z doświadczeń zostało wielokrotnie przetestowane. Bywało, że droga do osiągnięcia satysfakcjonującego efektu była kręta i okupiona wieloma nieudanymi próbami. Nie opisywaliśmy jednak tego procesu błądzenia. Otrzymujesz gotowe i najlepsze – według autorów – sposoby na wykonanie doświadczeń. Pamiętaj jednak, że nie jesteśmy wyroczniami i nie upieramy się, że nie da się ich zrobić lepiej. Wprost przeciwnie! Pewnie się da. Zresztą co to znaczy „lepiej”? Sami mając ogromną przyjemność w poszukiwaniu optymalnego rozwiązania, gorąco zachęcamy do odnajdywania własnych naukowych ścieżek, dostosowanych do Twoich potrzeb. Można więc powiedzieć, że trzymasz w dłoniach swoistą książkę kucharską i tak należy ją traktować. Paradoksalnie – w książkach tego typu, nie o samo czytanie chodzi, ale o samodzielne wykonanie przepisu. Podobnie jak w przypadku przepisów kulinarnych, tak i tutaj każdy projekt można zrobić trochę inaczej. Smacznego!
AutorzyW książce użyto oznaczeń określających poziom trudności poszczególnych doświadczeń. Stopniowania dokonano w trzech kategoriach. Każdej kategorii przypisano inny piktogram:
1. Doświadczenia, w których mogą wystąpić trudności pojęciowe:
zagadnienia łatwe
zagadnienia średnio trudne
zagadnienia trudne, wymagające wcześniejszego poznania tematu
2. Doświadczenia, w których mogą pojawić się trudności sprzętowe:
elementy tanie, ogólnie dostępne, niewymagające specjalnego przygotowania, proste w obsłudze
elementy tanie, ewentualnie z utrudnioną dostępnością lub wymagające pewnego przygotowania, średnio trudne w obsłudze
elementy drogie lub trudno dostępne lub wymagające wiedzy eksperckiej przy obsłudze lub przygotowaniu
3. Doświadczenia, w których pojawiają się zagrożenia:
brak zagrożeń lub zagrożenia minimalne
zagrożenie zdrowia w przypadku nieumiejętnej obsługi sprzętu lub przy niezachowaniu zasad bezpieczeństwa
przy wykonywaniu doświadczenia należy zachować szczególną ostrożność, gdyż niezachowanie zasad bezpieczeństwa może mieć poważne konsekwencje dla zdrowia lub życiaINTERFERENCJA
INTERFERENCJA ŚWIATŁA NA POJEDYNCZEJ SZCZELINIE **
Tabliczka z informacją o klasie lasera
Potrzebne
Wskaźnik laserowy (**) małej mocy klasy IIIa lub inny laser półprzewodnikowy ze skupioną wiązką (ze względów bezpieczeństwa nie zalecamy mocy większych niż 5 mW). Plamka laserowa musi być mała i wiązka musi być równoległa (czyli rozmiar plamki nie powinien zależeć od odległości lasera do ekranu).
Cienka szczelina. (**) Ponieważ chcemy sprawdzić, jak szerokość szczeliny wpływa na wynik eksperymentu, mamy dwa wyjścia: (i) przygotować wiele szczelin o różnych szerokościach lub (ii) znaleźć szczelinę o regulowanej szerokości. „Jakąś tam szczelinę” możemy uzyskać na wiele sposobów, np. wycinając ją w kartonie, ale na nic nam się ona zda – po prostu doświadczenie nam nie wyjdzie. Potrzebujemy szczeliny wyrafinowanej, tzn. takiej, która ma idealnie równoległe i niepostrzępione w skali mikrometrów krawędzie. Tak wyspecjalizowane narzędzie można uzyskać na wiele sposobów, np. zbliżając do siebie ostrza żyletek do golenia (można je kupić w sklepach z kosmetykami, drogeriach lub po prostu przy kasach w sklepach z artykułami spożywczymi). Tak uzyskaną szczelinę „utrwalamy” poprzez naklejenie żyletek na biurową taśmę klejącą. Dzięki temu możemy przenosić i umieszczać szczelinę w różnych punktach toru optycznego, nie martwiąc się zanadto, że podczas przenosin ustalona szerokość szczeliny ulegnie niezamierzonej zmianie. Niestety, opisane rozwiązanie nie jest regulowane, co oznacza, że za każdym razem, kiedy chcemy zmienić szerokość szczeliny, musimy demontować, a następnie montować żyletki na nowo lub musimy przygotować wiele szczelin o różnej szerokości. Problem również stanowi równoległe ustawienie żyletek, a ponadto na rynku jest wiele żyletek kiepskiej jakości, których ostrza są poszarpane w skali mikrometrów. Próbując wielu rozwiązań, doszliśmy do wniosku, że bardzo dobrą i wygodną w użytkowaniu szczelinę uzyskujemy poprzez zbliżenie do siebie szczęk suwmiarki! Suwmiarka to urządzenie służące do precyzyjnego określania wymiarów przedmiotów. Ponieważ w suwmiarce liczy się precyzja właśnie, od razu mamy spełnione dwa warunki niezbędne dla powodzenia naszego eksperymentu: (i) równoległość i (ii) gładkość krawędzi. Dodatkowo mamy wygodną regulację szerokości szczeliny i – dodatkowy bonus – mamy odczyt tej szerokości (wszak suwmiarka służy właśnie do określania wymiarów). Jako najprostsze w obsłudze polecamy suwmiarki elektroniczne, które po prostu wyświetlają wynik na swoim wyświetlaczu LCD. Ważne, aby przed wykonaniem pomiaru wyzerować suwmiarkę przy maksymalnie zamkniętych szczękach.
Suwmiarki elektroniczne można kupić już za ok. 60 zł w każdym sklepie z artykułami budowlanymi lub w sklepie z narzędziami.
Przyciskiem ZERO zerujemy wskazanie suwmiarki przy całkowicie zamkniętych szczękach. (**)
Miarka rozwijana o długości min. 2 m. (**)
Klamerki do wieszania prania. (**)
Ekran (**) (biała ściana lub biała kartka przyklejona do ściany).
Przygotowanie do doświadczenia
Bardzo ważnym aspektem większości doświadczeń optycznych jest znalezienie sposobu na stabilne mocowanie elementów układu. W znakomitej większości opisów problem ten jest zupełnie pomijany. Prawdopodobnie istnieje ciche założenie, że każdy jest wyposażony w stół optyczny z całym kompletem elementów mocujących (do soczewek, laserów, szczelin, siatek dyfrakcyjnych, polaryzatorów itd.). Chcielibyśmy Cię bardzo na to wyczulić, bo w praktyce okazuje się, że trudności w mocowaniu elementów optycznych urastają do rangi największych, tzn. powodują, że nie możemy zaobserwować oczekiwanego efektu. Z naszego doświadczenia wynika, że jeśli w eksperymencie N elementów znajduje się w torze optycznym, to N - 1 musi być zamocowanych na sztywno, a w przypadku tylko jednego elementu możecie pozwolić sobie na pracę „z ręki”.
Ustaw następujący tor optyczny:
Jeśli w naszym eksperymencie jako ekranu użyjemy ściany, to pozostają nam dwa elementy w torze optycznym: (i) wskaźnik laserowy i (ii) szczelina (czyli w naszym przypadku suwmiarka). Z powodów praktycznych wskaźnik laserowy powinien być zamocowany na sztywno. W tym celu możesz wykorzystać klamerki, które chwycą odpowiednio laser i pozwolą utrzymać całość stabilnie na blacie stołu.
Klamerki mają też tę przyjemną cechę, że mogą posłużyć jako blokada przycisku zapalającego wiązkę laserową (**). Suwmiarką możemy operować „z ręki”. Doświadczenie wykonujemy w ciemności.
UWAGA! Podczas pracy z laserami należy zachować szczególną ostrożność. Nie wolno kierować wiązki w stronę oczu lub zaglądać do wnętrza lasera. Należy również uważać, aby wiązka odbita nie trafiła w oczy.
Przebieg doświadczenia
Po ustawieniu układu optycznego wykonujemy doświadczenie:
1. Zamknij maksymalnie szczęki suwmiarki i przyciskiem ZERO wyzeruj jej wskazania.
2. Ustaw laser w odległości ok. 200 cm od ekranu i skieruj wiązkę laserową w stronę ekranu.
3. Zacznij od szerokiej szczeliny. Otwórz szeroko szczęki suwmiarki.
4. Ustaw suwmiarkę w wiązce laserowej blisko lasera, w odległości ok. 5 cm od niego.
5. Powoli zamykaj szczęki suwmiarki (**), uzyskując coraz węższą szczelinę. Cały czas pilnuj, aby wiązka laserowa przechodziła między szczękami. Najlepiej, gdy wiązka trafia w miejsce, gdzie szczęki suwmiarki mają cienką i ostrą krawędź (ale nie w samo ostrze). Obserwuj na ekranie plamkę laserową.
1. Kiedy szczelina jest bardzo wąska, na ekranie dzieje się coś zaskakującego. Plamka laserowa ulega rozmyciu i jednocześnie pojawiają się naprzemiennie występujące ciemne i jasne obszary, tzw. prążki.
2. Zawężanie szczeliny powoduje poszerzenie prążków (por. zdjęcie poniżej).
Zawężanie szczeliny powoduje „rozmycie” obrazu interferencyjnego: d to szerokość szczeliny
więcej..
