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 (plošný zdroj světla)
Cílem experimentu je proměřit závislost intenzity osvětlení na vzdálenosti od plošného zdroje světla.
V ideálním případě by šlo o nekonečně velkou (v obou rozměrech) rovnoměrně zářící plochu. V reálném případě dobře poslouží například velké matné sklo (bývají na toaletách) nebo fotografická osvětlovací deska (čím větší, tím lepší).
Aby se neprojevoval konečný rozměr zářící plochy, je potřeba při měření nejít do příliš velké vzdálenosti – v dostatečné vzdálenosti (například desítek či stovek metrů) by i jinak velké okno šlo považovat za bodový zdroj! Ale i v menší vzdálenosti začne být problémem, že čidlo "uvidí" i za okraje zářivé plochy.
Pro zlepšení měření můžete na čidlo připevnit dlouhou tenkou papírovou trubičku, která omezí "výhled do stran", takže čidlo "uvidí" okraje zářivé plochy až při větší vzdálenosti od plochy. Shodu měření s teoretickými výsledky tak zajistíte pro větší interval vzdáleností.
Pro měření vzdálenosti od zdroje světla jsme využili vozík GDX-CART na dráze TRACK (ta je součástí sady DTS-GDX). Lze využít i sonar GDX-MD nebo měření vzdálenosti provádět ručně. V případě ručního měření a používáte-li matné okno je potřeba vybrat bezoblačný den a postupovat při měření rychle, aby vlivem mraků nebo postupu slunce po obloze nedocházelo ke změně zářivosti okna.
Výhoda vozíku a sonaru je v tom, že měření lze 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. Připravte vozíkovou dráhu tak, aby vozík s luxmetrem mohl jezdit kolmo od středu zářivé plochy. Můžete ji buď dát na stůl, na stojan, na štafle, případně mohou dráhu podržet vodorovně dva žáci.
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). Používáte-li pro zlepšení výsledků měření stínicí trubičku, je vhodné trubičku připevnit (aniž byste vozík zvedali z dráhy) až po kroku 9.
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 rozměrech zářivé plochy 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 si stačí všimnout toho, že osvětlení na vzdálenosti nezávisí (nebo téměř nezávisí).
S pokročilejšími žáky můžete zkoumat matematickou zákonitost závislosti intenzity osvětlení na vzdálenosti od zářivé plochy. Z geometrického náhledu vyplývá, že šíří-li se světelné paprsky kolmo k zářivé ploše, je hustota paprsků vstupujících do čidla stále stejná, proto i intenzita osvětlení bude v idealizovaném případě stále stejná.
V reálném případě to kazí odrazy, případné nerovnoměrnosti osvětlení plochy a zejména skutečnost, že plocha nemá nekonečné rozměry. Použití stínicí trubičky může v tomto případě opravdu výrazně pomoci.
Na obrázku níže je ukázkové měření.
Poznámka: Naše ukázkové grafy málokdy vzniknou hned napoprvé. Obvykle provedeme měření více a vybereme do ukázky to, které je nejhezčí. V tomto případě byla cesta ke grafu níže ještě trnitější než obvykle – nenechte se proto odradit prvními nezdary a trpělivě vylaďte všechny parametry. Zároveň je potřeba dát si pozor, aby experiment nevypadal tak, že "měříme, dokud to náhodou nevyjde jako v učebnici". Měli byste v každou chvíli tušit, z jakého důvodu měření ještě pořád nevypadá tak, jak by dle teorie vypadat mělo. Jakmile parametry (rozměry stínicí trubičky, bezoblačný den atd.) vyladíte, měření by už mělo být dobře opakovatelné.
Další podobné experimenty
- Závislost intenzity osvětlení na vzdálenosti (bodový zdroj světla)
- Závislost intenzity osvětlení na vzdálenosti (dlouhý tenký zdroj světla)
© 2024 Edufor s. r. o. – výhradní dovozce produktů Vernier do České republiky