Co je to čočka? Je to těleso z průhledného materiálu, které je omezené alespoň jednou kulovou plochou. Dělíme je na dva základní druhy: spojky - ty spojují rovnoběžné paprsky do jednoho bodu; rozptylky - ty rozptylují rovnoběžné paprsky, jakoby vycházely z jednoho bodu. Spojky jsou čočky, které jsou uprostřed silnější než na okrajích. Kužel světla od lampy spojují do jednoho bodu, kterému říkáme ohnisko. Nejznámější čočkou je lupa. Známy je pokus, kdy spojenými paprsky pomocí lupy můžeme zapálit oheň. Rozptylky jsou čočky, které jsou uprostřed slabší než na okrajích. Rozptylka se chová opačně než spojka, paprsky se lámou od sebe, jakoby vycházely z jednoho bodu.
Odraz světla: Dopadá-li světlo na těleso, část světla se od povrchu odrazí (vrací se zpět), část se v tělese pohlcuje a část tělesem prochází. Plochy, které dobře odrážejí světlo, se nazývají zrcadla. Přírodním zrcadlem je např. klidná hladina studánky. Nejjednodušším zrcadlem je rovinné zrcadlo. V praxi se často používají kulová zrcadla: duté a vypuklé. Zákon odrazu: úhel odrazu se rovná úhlu dopadu. Odražený paprsek leží v rovině dopadu. Na následujícím obrázku je rovinné zrcadlo. Na dalším obrázku urči jestli se jedná o duté nebo vypuklé zrcadlo.
Stín a polostín: Stín je místo, kam nedopadá žádné světlo. Stín vzniká při osvětlení bodovým světlem za neprůhledným tělesem. Pokud zdroj světla vzdaluji od předmětu, tak se vytvořený stín zvětšuje. Polostín je místo, kam dopadá světlo jen částečně. Polostín vzniká při osvětlení neprůhledného tělesa buď více bodovými zdroji, nebo plošným zdrojem.
Světelné zdroje a světelné jevy - úvod: Dnes zahájíme zajímavý obor fyziky - světlo - optika. Pomocí internetu nalezněte odpovědi na obecné otázky: proč vidíme věci kolem sebe, jak rychle se šíří světlo ve vakuu a ve vzduchu, jaký je rozdíl mezi plošným a bodovým zdrojem světla, jaké světelné zdroje známe, proč vidíme předměty, které nejsou zdrojem světla, a proč se místnosti malují světlými barvami. Hustota - opakování a vztahy v optice: co je hustota a jaké úlohy plní v měřítkách materiálů a prostředí.
Úvod do optiky - úkoly a praktické příklady: V učivu se řeší mimo jiné úkoly na odhad výšky věží prostřednictvím rovinného zrcadla a na určení polohy a vlastností obrazu u dutého a vypuklého kulového zrcadla. V několika úlohách se pracuje se zrcadly, jejich ohniskem, a s tím, zda obraz je skutečný, zdánlivý, zvětšený či zmenšený, vzpřímený či převrácený.
Cočka: rovinná a kulová zrcadla, jejich vlastnosti a základní úlohy
Rovinné zrcadlo: nejjednodušší zrcadlo, kde odraz probíhá podle zákona odrazu a obraz je zmenšený či stejně velký v závislosti na vzdálenosti objektu. Příklady: klidná hladina studánky a běžné zrcadlo v domácnosti.
Kulové zrcadlo: mohou být dutá či vypuklá. Duté zrcadlo: vytváří virtuální, zmenšený nebo zvětšený obraz podle vzdálenosti objektu od zrcadla; vypuklé zrcadlo naopak produkuje obraz inverzně od dutého. Ohnisková vzdálenost f určuje, zda obraz bude skutečný či zdánlivý a jaké bude zvětšení.
Úloha: Určete polohu a vlastnosti obrazu pro objekty vzdálené od dutého nebo vypuklého kulového zrcadla s daným poloměrem křivosti; řešte konstrukcí i výpočtem. Příklady zahrnují výšky objektů a jejich obrazy, s uvedením, zda obraz je skutečný, zdánlivý, zvětšený či zmenšený a zda je vzpřímený či převrácený.
Praktické pokyny - souvislosti s měřením a výpočty
Úloha k rovnítkům: V některých cvičeních se používá zákon odrazu a geometrická optika k odhadu výšek, vzdáleností a obrazů. Například výška věže lze odhadnout s pomocí rovinného zrcadla umístěného na zemi a očima ve specifické výšce; výška věže h se vyšetří z poměru vzdáleností a výšek. Další úlohy zahrnují duté a vypuklé kulové zrcadlo s různými vzdálenostmi předmětu a ohniskových vzdálenostech, které určují polohu a charakter obrazu.
Stín a polostín doplňují pochopení světelné scény: stín vzniká, když bodový zdroj světla není schopen doplnit oblast, polostín je oblast částečného osvětlení. Tyto pojmy se v praxi používají při analýze světelných situací a při řešení úloh o šíření světla a interferencích.
V praktických cvičeních se dále řeší plně: úloha s výpočtem hydrostatického tlaku a síly na dno akvária, úloha s hustotou materiálů a srovnání hustot různých látek. V části věnované optice se objevují konkrétní úlohy a konstrukce týkající se zrcadel a jejich vlastností.
Infografika a video doplnění (doporučené)
Proč se světlo láme? | Konkávní a konvexní čočky | Show Dr. Binocs | Peekaboo Kidz
Tabulky a praktická data
V některých lekcích jsou uvedeny konkrétní čísla, která lze bez změny textu použít ve tabulkách: ohnisková vzdálenost, poloměr křivosti, a charakter obrazu (skutečný/zdánlivý, zvětšení). Tyto údaje lze vložit do tabulky a použít pro rychlé srovnání různých scénářů.
Další poznámky k výuce optiky
V rámci výkladu optiky se doporučuje řešit úlohy konstrukční i výpočtové: určovat polohu obrazu pomocí zrcadel, určovat zvětšení, zda obraz je vzpřímený nebo převrácený, a určovat, zda obraz je skutečný či zdánlivý. Důležité je porozumět vztahu mezi vzdáleností předmětu, ohniskovou vzdáleností a polohou obrazu podle lens/ mirror equations a interpretovat jejich geometrickou povahu.