Vybavení pro výuku přírodovědných oborů
Objednávky vyřizujeme a faktury vystavujeme v případě potřeby obratem až do 31. 12. 2024.
Pište na info@edufor.cz nebo volejte 774 693 244.
Závislost intenzity osvětlení na vzdálenosti (dlouhý tenký zdroj světla)
Cílem experimentu je proměřit závislost intenzity osvětlení na vzdálenosti od dlouhého tenkého zdroje.
V ideálním případě by šlo o nekonečně dlouhou a nekonečně tenkou zářivku. V reálném případě musí postačit co nejdelší a co nejtenčí zářivka, případně diodový pás dostatečně hustou sítí diod.
Aby se neprojevovala konečná délka zářivky, je potřeba při měření nejít do příliš velké vzdálenosti – v dostatečné vzdálenosti (například desítek či stovek metrů) by i zářivku šlo považovat za bodový zdroj!
Pro zlepšení měření můžete na čidlo připevnit dlouhou tenkou papírovou trubičku, která omezí "výhled do stran", takže čidlo "uvidí" konce zářivky až při větší vzdálenosti od zářivky. Shodu měření s teoretickými výsledky tak zajistíte pro větší interval vzdáleností.
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 lze pak provést během několika sekund.
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, případně k luxmetru přilepte ještě trubičku omezující výhled do stran.
6. Zdroj světla (zářivku nebo diodový pásek) 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 zdroje světla 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).
10. Zatemněte místnost.
Postup měření
1. Spusťte měření a vhodnou rychlostí (tak, aby body v grafu byly přiměřeně hustě) popojeďte vozíkem. Určit vhodnou vzdálenost není v tomto případě jednoduché, záleží na délce žářivky a případně i na šířce a délce stínicí trubičky. Nejspíš bude potřeba několika pokusů a omylů, případně můžete provést jen jedno měření a později zkoumat, na které části se měření ještě přiměřeně shoduje s teorií a kde už ne.
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 dlouhého tenkého zdroje rovnoměrně všemi směry, rozprostírá se světelný tok na plochu myšleného pláště válce. Plocha pláště roste přímo úměrně poloměru válce. Proto intenzita osvětlení má teoreticky být nepřímo úměrná vzdálenosti od zdroje světla.
Když se tedy vzdálíme od zdroje na dvojnásobnou vzdálenost, klesne intenzita osvětlení 2×. Při trojnásobku vzdálenosti klesne 3× atd.
V reálném případě to kazí odrazy a skutečnost, že zdroj není dokonale tenký a nekonečně dlouhý.
Můžete naměřenými daty proložit funkci y(x) = A/xjako na obrázku níže.
Můžete také proložit mocninnou funkci y(x) = AxB, přičemž nalezený koeficient B by v ideálním případě měl hodnotu -1, v reálném případě bude hodnota mírně odlišná. Například v našem ukázkovém případě (obrázek níže) byla hodnota B = -0,9268.
Další podobné experimenty
© 2024 Edufor s. r. o. – výhradní dovozce produktů Vernier do České republiky