Vybavení pro výuku přírodovědných oborů

Závislost intenzity osvětlení na vzdálenosti (bodový zdroj světla)

GDX-LC
Go Direct čidlo světla

GDX-CART-G
Vozík se zabudovaným čidlem pohybu koleček, siloměrem a akcelerometrem (tyrkysový)

Cílem experimentu je proměřit závislost intenzity osvětlení na vzdálenosti od bodového zdroje.

Dostatečně dobrým bodovým zdrojem (jasným a s malýmý geometrickými rozměry) je například osvětlovací dioda mobilu. Můžete ale použít i malou žárovku, pokud měření začnete v dostatečné vzdálenosti od ní, aby se co nejméně projevovala její "nebodovost".

Pro měření vzdálenosti od zdroje světla jsme využili vozík s integrovanými čidly GDX-CART. Můžete ale podobným způsobem využít i například sonar nebo měření provádět ručně. Výhoda vozíku (a sonaru) je v tom, že měření vzdálenosti probíhá automaticky a nezdržuje.

Příprava měření

1. Spusťte aplikaci Graphical Analysis a připojte luxmetr a vozík (návod).

2. Frekvenci měření nastavte na 10 Hz, zvolte ruční vypnutí měření.

3. Zobrazte jeden graf, na svislé ose zvolte intenzitu osvětlení, na vodorovné polohu.

4. Nechte v grafu zobrazovat pouze body.

5. Připevněte luxmetr k vozíku lepicí páskou.

6. Zdroj světla upevněte tak, aby byl ve stejné výšce jako měřicí prvek čidla GDX-LC.

7. Umístěte vozík tak, aby vzdálenost měřicího prvku čidla GDX-LC od diody byla nulová nebo téměř nulová.

8. Vynulujte polohu vozíku.

9. Popojeďte vozíkem do vzdálenosti 10 cm. Vozíkem je třeba skutečně popojet, nikoliv ho přenést (vozík zjišťuje polohu dle otáčení koleček při popojíždění). Pokud používáte geometricky větší zdroj světla (například žárovku), je třeba začít měření ve větší vzdálenosti, například 20 cm nebo 200 cm podle typu žárovky – tak, aby už nenulové rozměry nehrály tak velkou roli.

10. Zatemněte místnost.

Postup měření

1. Spusťte měření a vhodnou rychlostí (tak, aby body v grafu byly přiměřeně hustě) popojeďte vozíkem do vzdálenosti, ve které klesne hodnota osvětlení na cca 50 až 100 lx.

2. Zastavte měření.

Analýza dat

S mladšími žáky stačí všimnout si toho, že osvětlení se vzdáleností klesá.

S pokročilejšími žáky můžete zkoumat matematickou zákonitost poklesu. Z geometrického náhledu vyplývá, že šíří-li se světlo bodového zdroje rovnoměrně všemi směry, rozprostírá se světelný tok na plochu myšlené sféry. Plocha sféry roste s druhou mocninou poloměru sféry. Proto intenzita osvětlení má teoreticky klesat s druhou mocninou vzdálenosti od zdroje světla.

Když se tedy vzdálíme od zdroje na dvojnásobnou vzdálenost, klesne intenzita osvětlení 4×. Při trojnásobku vzdálenosti klesne 9× atd.

V reálném případě to kazí odrazy a skutečnost, že zdroj není dokonale bodový.

Můžete naměřenými daty proložit funkci y(x) = A/x² jako na obrázku níže.

Můžete také proložit mocninnou funkci y(x) = Ax^B, přičemž nalezený koeficient B by v ideálním případě měl hodnotu -2, v reálném případě bude hodnota mírně odlišná. Například v našem ukázkovém případě (obrázek níže) byla hodnota B = -1,863.

Další podobné experimenty

• Závislost intenzity osvětlení na vzdálenosti (dlouhý tenký zdroj světla)
• Závislost intenzity osvětlení na vzdálenosti (plošný zdroj světla)

© 2024 Edufor s. r. o. – výhradní dovozce produktů Vernier do České republiky