Podklady pro rodiče: pět okruhů fyziky pro 8. třídu. Každý okruh začíná tím, co má dcera umět říct. Pak následuje vysvětlení se schématy, jednoduchý pokus na doma a kontrolní otázky s odpověďmi, které se rozbalí kliknutím.
RGB míchá barevná světla. Začíná se ve tmě a každé další světlo výsledek zesvětlí. Používá se všude, kde něco svítí: displeje, televize, projektory.
CMYK míchá barvy na papíře. Začíná se na bílém papíru a každá další barva ubere část odraženého světla, takže výsledek ztmavne. Používá se pro tisk.
Oko má tři druhy čípků: citlivé hlavně na červenou, zelenou a modrou část spektra. Proto stačí tři barvy a dá se z nich poskládat skoro všechno, co vidíme. Mozek totiž nerozliší čistě žluté světlo od směsi červeného a zeleného, pokud obě podráždí čípky stejně.
Na papír dopadá bílé světlo, tedy směs červené, zelené a modré. Vrstva barvy část z něj pohltí a zbytek se odrazí do oka:
Příklad: azurová a žlutá dohromady pohltí červenou i modrou. Zbude jen zelená, proto vidíme zelenou. Stejně funguje každý barevný předmět: červené jablko červenou odráží a ostatní barvy z velké části pohlcuje.
Proč je v CMYK ještě K? K je černá (anglicky key). Smícháním C, M a Y vznikne spíš tmavě hnědošedá, navíc je to drahé a papír se zbytečně promáčí. Samostatná černá je čistší a text je s ní ostrý.
| RGB | CMYK | |
|---|---|---|
| Co se míchá | světla: červená, zelená, modrá | barvy: azurová, purpurová, žlutá, černá |
| Druh míchání | aditivní (světlo se přidává) | subtraktivní (světlo se ubírá) |
| Začátek | černá, nic nesvítí | bílý papír, nic není natištěno |
| Když se smíchá vše | bílá | černá |
| Kde se používá | mobil, monitor, televize, projektor, jevištní světla | tiskárna, knihy, časopisy, plakáty, obaly |
Tyto dvě soustavy do sebe zapadají: smícháním dvou barev RGB vznikne jedna barva CMY a naopak. Proto je dobré si oba kruhy nakreslit vedle sebe. Fotka vytištěná z mobilu často vypadá méně zářivě, protože papír nesvítí a některé odstíny z displeje na něm nejdou vytvořit.
Zkuste doma: Podívejte se lupou zblízka na bílou plochu displeje. Bílá se rozpadne na drobné červené, zelené a modré body. Pak smíchejte vodovky nebo přetřete žlutou fixu modrou a ukažte, že barva tmavne.
Žlutou. Jde o světla, tedy RGB.
Barva na papíře nesvítí, jen ubírá. Červená barva by pohltila zelenou i modrou, takže po přetisku další barvou by rychle zbývala tma a většinu odstínů by nešlo vytvořit. Azurová, purpurová a žlutá ubírají vždy jen jednu složku.
Žlutou, protože plně svítí červená a zelená a modrá vůbec.
Zákon odrazu: úhel odrazu se rovná úhlu dopadu, α′ = α. Odražený paprsek, dopadající paprsek a kolmice leží v jedné rovině.
Zákon lomu: z řidšího do hustšího prostředí se paprsek láme ke kolmici (β < α). Z hustšího do řidšího se láme od kolmice (β > α).
Nejčastější chyba: všechny úhly se měří od kolmice k rozhraní, ne od samotného rozhraní. Do obrázku se proto vždy nejdřív nakreslí čárkovaná kolmice v místě dopadu.
Oba obrázky jsou narýsované podle skutečných hodnot, takže se dají přímo překreslit. Odraz platí v obou případech stejně, α′ je vždy rovno α. Část světla se odrazí a část projde.
Světlo se v různých látkách šíří různě rychle. Index lomu udává, kolikrát je pomalejší než ve vakuu: n = c / v. Opticky hustší prostředí je to, které má větší index lomu a světlo v něm jde pomaleji.
Dá se to přirovnat k autu, které šikmo vjíždí ze silnice do písku. Jedno přední kolo se dostane do písku dřív a zpomalí, druhé ještě chvíli jede rychle, a tím se auto stočí. Vyjíždí-li z písku ven, stočí se na druhou stranu. Pokud vjíždí přímo, obě kola zpomalí najednou a auto se nestočí. Stejně tak paprsek dopadající kolmo směr nemění.
| Z řidšího do hustšího | Z hustšího do řidšího | |
|---|---|---|
| Indexy lomu | n₁ < n₂ | n₁ > n₂ |
| Rychlost světla | klesá | roste |
| Úhel lomu | β < α, ke kolmici | β > α, od kolmice |
| Úhel odrazu | α′ = α | α′ = α |
| Příklad | vzduch → voda, vzduch → sklo | voda → vzduch, sklo → vzduch |
| Totální odraz | nemůže nastat | může nastat |
Indexy lomu: vzduch 1,00; voda 1,33; sklo asi 1,5; diamant 2,42. Optická a běžná hustota nejsou totéž: olej plave na vodě, je tedy lehčí, ale má větší index lomu (asi 1,47) a je opticky hustší.
Rozšíření, pokud už znáte sinus: sin α / sin β = n₂ / n₁. V 8. třídě většinou stačí vědět, že čím větší je rozdíl indexů lomu, tím víc se paprsek láme.
Zkuste doma: Dejte minci na dno hrnku a dívejte se tak, aby ji právě zakrýval okraj. Když někdo opatrně dolije vodu, mince se objeví, protože se světlo z ní láme na hladině.
Úhel odrazu je přesně 45°. Úhel lomu je menší než 45°, protože se paprsek láme ke kolmici (vychází asi 32°).
Světlo ze spodní části lžičky se na hladině láme od kolmice. Mozek předpokládá, že světlo šlo rovně, a proto vidí ponořenou část posunutou a výš, než ve skutečnosti je.
Nezmění směr: α = 0° a tedy i β = 0°. Změní se jen jeho rychlost.
Při totálním odrazu se všechno světlo odrazí zpět do původního prostředí a žádné neprojde ven. Musí být splněny dvě podmínky zároveň:
Při přechodu z hustšího do řidšího prostředí je úhel lomu vždy větší než úhel dopadu. Když se úhel dopadu zvětšuje, lomený paprsek se postupně přibližuje k rozhraní. Při mezním úhlu vychází úhel lomu 90° a paprsek klouže po rozhraní. Při ještě větším úhlu dopadu už žádný lomený paprsek vzniknout nemůže, a světlo se proto celé odrazí.
Mezní úhel při přechodu do vzduchu je pro vodu 48,8°, pro sklo 41,8° a pro diamant 24,4°. Čím větší má látka index lomu, tím menší je její mezní úhel.
Zkuste doma: Nalijte vodu do sklenice, zvedněte ji nad oči a dívejte se šikmo zespodu na hladinu. Hladina vypadá jako stříbrné zrcadlo a skrz ni není vidět.
Ne. Jde z řidšího do hustšího prostředí a lomený paprsek se vždy láme ke kolmici, takže vždy existuje.
Mezní úhel skla je asi 41,8° a 60° je víc. Nastane totální odraz a odražený paprsek svírá s kolmicí také 60°.
Při velkém úhlu vidí hladinu jako zrcadlo, ve kterém se odráží dno. Jen v kuželu nad hlavou, do úhlu 48,8° od kolmice, vidí ven nad vodu.
Oko funguje jako spojná soustava: na sítnici vytváří obraz skutečný, převrácený a zmenšený. Mozek si ho otočí. Ostří se změnou tvaru čočky.
Krátkozraký člověk vidí špatně do dálky a nosí rozptylky. Dalekozraký vidí špatně na blízko a nosí spojky.
| Část oka | Co dělá |
|---|---|
| Čočka | Pružná spojka. Spolu s rohovkou láme světlo na sítnici a měněním svého tvaru zaostřuje. |
| Svaly držící čočku (řasnaté) | Mění tvar čočky. Při pohledu do dálky jsou uvolněné a čočka je plošší, má delší ohniskovou vzdálenost. Při pohledu na blízko se stáhnou, čočka se vyklene a má kratší ohniskovou vzdálenost. Tomuto ostření se říká akomodace. |
| Duhovka a zornička | Zornička je otvor, duhovka je barevný sval kolem něj. Reguluje množství světla: na slunci zorničku zúží, ve tmě rozšíří. |
| Sítnice | Stínítko oka se světlocitlivými buňkami. Tyčinky pracují za šera a nerozlišují barvy, čípky potřebují více světla a rozlišují barvy. Signál jde zrakovým nervem do mozku. |
| Krátkozraké oko | Dalekozraké oko | |
|---|---|---|
| Kde vzniká obraz | před sítnicí | za sítnicí |
| Blízké předměty | vidí ostře | vidí rozmazaně |
| Vzdálené předměty | vidí rozmazaně | vidí ostře |
| Příčina | oko je moc dlouhé nebo láme moc silně | oko je moc krátké nebo láme moc slabě |
| Korekce | rozptylka, dioptrie se znaménkem minus | spojka, dioptrie se znaménkem plus |
| Co brýle dělají | rozbíhají paprsky, aby se obraz posunul dozadu | sbíhají paprsky, aby se obraz posunul dopředu |
Pomůcka: název říká, co člověk vidí dobře. Krátkozraký vidí na krátkou vzdálenost, dalekozraký do dálky.
Zkuste doma: Zhasněte v místnosti, chvíli počkejte a v zrcadle se podívejte, jak se po rozsvícení zornička rychle zúží. Pak držte prst před obličejem a střídavě zaostřujte na něj a na okno: je znát práce svalů a akomodace.
Zornička se rozšíří, takže do oka vchází více světla. Navíc se postupně přizpůsobí tyčinky, proto ale za šera špatně rozlišujeme barvy.
Při čtení jsou řasnaté svaly stažené. Při pohledu do dálky se uvolní a odpočinou si.
Mínus znamená rozptylku, má tedy krátkozrakost. Bez brýlí vidí špatně do dálky.
| Lupa | Mikroskop | Keplerův dalekohled | |
|---|---|---|---|
| Čočky | 1 spojka | 2 spojky: objektiv a okulár | 2 spojky: objektiv a okulár |
| Předmět | a < f, mezi ohniskem a čočkou | fob < a < 2fob, těsně za ohniskem objektivu | a je velmi velké, prakticky v nekonečnu |
| Ohniskové vzdálenosti | krátká, několik cm | fob < fok, obě krátké | fob > fok, délka d = fob + fok |
| Výsledný obraz | zdánlivý, přímý, zvětšený | zdánlivý, převrácený, zvětšený | zdánlivý, převrácený, velký zorný úhel |
| Zvětšení | Z ≈ 25 cm / f | Z = Zob · Zok | Z = fob / fok |
Značení je stejné jako v říjnovém pracovním listu: červeně paprsek rovnoběžný s osou, který po průchodu jde přes F′, modře paprsek středem čočky O, který nemění směr, tečkovaně prodloužení. O. o. znamená optická osa.
Lupa je jedna spojka s krátkou ohniskovou vzdáleností. Předmět se dá mezi ohnisko a čočku. Paprsky se za čočkou rozbíhají, ale oko je vnímá, jako by přicházely z bodu dále za předmětem. Tam vidí velký zdánlivý obraz. Nedá se zachytit na stínítko, protože paprsky se v něm skutečně neprotínají, protínají se jen jejich prodloužení.
Příklad: lupa s f = 5 cm zvětšuje přibližně 25 / 5 = 5×. 25 cm je vzdálenost, na kterou se běžně díváme zblízka.
Mikroskop zvětšuje ve dvou krocích. Objektiv s velmi krátkou ohniskovou vzdáleností (několik mm) je blízko předmětu, který leží těsně za jeho ohniskem. Vytvoří skutečný, převrácený a zvětšený obraz. Tento obraz pak leží mezi ohniskem a okulárem a člověk si ho prohlíží okulárem jako lupou.
Pozorovaný předmět je velmi daleko, takže z každého jeho bodu přicházejí prakticky rovnoběžné paprsky. Objektiv s dlouhou ohniskovou vzdáleností z nich vytvoří skutečný, převrácený a zmenšený obraz ve své ohniskové rovině. Ta je zároveň ohniskovou rovinou okuláru s krátkou ohniskovou vzdáleností. Okulár funguje opět jako lupa a okem pak předmět vidíme pod větším úhlem.
Příklad: objektiv fob = 100 cm a okulár fok = 2 cm dají zvětšení 100 / 2 = 50× a délku tubusu 102 cm. Převrácený obraz u hvězd nevadí, proto se tak staví astronomické dalekohledy. V běžném dalekohledu obraz otáčejí hranoly, a to pomocí totálního odrazu z okruhu 3.
Co si zapamatovat: dalekohled má dlouhý objektiv a krátký okulár, protože předmět je daleko. Mikroskop má velmi krátký objektiv, protože předmět je těsně před ním.
Zkuste doma: Podržte lupu mezi oknem a bílým papírem a hledejte ostrý obraz okna. Bude skutečný a převrácený. Takhle pracuje objektiv dalekohledu. Máte-li dvě lupy, zkuste dalekohled: slabší lupu dejte dál od oka a silnější k oku, pak je od sebe posouvejte, dokud nebude obraz vzdáleného předmětu ostrý a převrácený. Nikdy se takto nedívejte do slunce.
Obraz se změní na skutečný a převrácený a vznikne na druhé straně čočky. Lupou v ruce pak vidíme obraz obrácený a případně rozmazaný.
Použít okulár s kratší ohniskovou vzdáleností nebo objektiv s delší. Z = fob / fok.
Převrátí ho už objektiv. Okulár jako lupa obraz nepřevrací, jen ho dál zvětší, takže výsledek zůstane převrácený.