3. Vlnění, akustika, optika Fyzika 2.ročník (učební obory)

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Vlnění a optika Fyzika druhý Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Prohlášení Prohlašuji, že jsem tento výukový materiál vypracoval(a) samostatně, a to na základě poznatků získaných praktickými zkušenostmi z pozice učitele ve Střední odborné škole Josefa Sousedíka Vsetín, a za použití níže uvedených informačních zdrojů a literatury. Tento výukový materiál byl připravován se záměrem zkvalitnit a zefektivnit výuku minimálně v 10 vyučovacích hodinách. Ve Vsetíně dne podpis autora Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Obsah -3. kapitola: Vlnění, akustika, optika 3.1. Periodické děje 3. 1.2. Vlnění 3.1.3. Vyjádření vztahů mezi veličinami charakterizujícími vlnění (výpočty) 3.2. Zvuk (akustika) 3.2.1. Dělení zvuků 3.2.2. Šíření zvuku (výpočty) 3.2.3. Vlastnosti zvuku (výpočty) 3.2.4. Hluk 3.2.5. Shrnutí a procvičení učiva Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ Obsah -3. kapitola: Vlnění, akustika, optika 3.3. Elektromagnetické záření 3.3.1. Šíření světla (optika) 3.3.2. Barvy 3.3.3. Stín 3.3.4. Odraz světla 3.3.4.A. Rovinná zrcadla 3.3.4.B. Dutá zrcadla 3.3.4.C. Vypuklá zrcadla 3.3.5. Lom světla 3.3.5.A. Spojka 3.3.5.B. Rozptylka 3.3.5.C. Využití čoček 3.3.6. Oko 3.3.7. Shrnutí a procvičení učiva Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

3.1. Periodické děje děj, který se opakuje po určitém čase (periodě) Perioda (T/s): čas, za který se děj zopakuje Frekvence (f/Hz): počet period za 1s 1 f . T

3.1. Periodické děje Příkladem periodického děje je kmitavý pohyb pružiny Amplituda (y) = maximální výchylka horní amplituda okamžitá výchylka rovnovážná poloha dolní amplituda

3.1. Periodické děje grafický průběh periodického děje má tvar sinusoidy λ y y

3.1. Periodické děje kmitavý pohyb jehož amplituda se zmenšuje = tlumený pohyb (uveď příklady …) y y y y

3.1.2. Vlnění vlnění je děj, při kterém se prostředím šíří kmitavý pohyb ze zdroje do okolí vlněním se přenáší pouze energie částice kmitají, ale nepřemísťují se ve směru šíření vlnění

3.1.2. Vlnění zvuk, světlo, rozhlasový a televizní signál přenos kmitání látkovým prostředím a) vlnění příčné vlnění podélné b) vlnění postupné vlnění stojaté

3.1.2. Vlnění Příčné vlnění je vlnění, při kterém molekuly kmitají kolmo ke směru šíření Příčné vlnění se může šířit jen v pevných látkách a na hladině kapalin

3.1.2. Vlnění Podélné vlnění je vlnění, při kterém molekuly kmitají ve směru šíření (zhušťování, zřeďování) Podélné vlnění se může šířit nejen v pevných látkách ale i v kapalinách a v plynech. Příkladem podélného vlnění je ZVUK

Fyzikální veličiny charakterizující vlnění Vlnová délka λ/m Rychlost vlnění v(c)/m.s-1

3.1.3. Vyjádření vztahů mezi veličinami charakterizujícími vlnění

Výpočty

3.2. Zvuk (akustika) je každé podélné (v pevných látkách případně také příčné) mechanické vlnění v látkovém prostředí, které je schopno vyvolat v lidském uchu sluchový vjem vzniká kmitáním (chvěním) pružných těles (zdroje zvuku) - video

3.2.1. Dělení zvuků Nehudební zvuky (hluk, šum, …) jsou způsobeny neperiodickým (nepravidelným) kmitáním Hudební zvuky (tóny) jsou způsobeny periodickým (pravidelným) kmitáním

3.2.2. Šíření zvuku Podmínkou pro šíření zvuku je pružné prostředí (nepružné prostředí = vlna, korek, … = zvukové izolátory) Rychlost zvuku závisí na druhu, hustotě a teplotě prostředí

Rychlost šíření zvuku ve vzduchu v závislosti na teplotě 331,6 m.s-1 = rychlost zvuku při teplotě 0°C t = aktuální teplota vzduchu (°C) v = 331,6 . (1 + 0,0021 . t )

3.2.2. Šíření zvuku Odraz zvuku: při dopadu zvuku na rozhraní dvou prostředí dochází k částečnému odrazu zvuku Člověk je schopen rozlišit dva zvukové signály, které mají prodlevu 0,1s Zvuk se šíří za normálního tlaku a teplotě 20°C rychlostí 340m.s-1 Je-li odrazná plocha ve vzdálenosti <17m vnímáme dozvuk (>17m ozvěna)

3.2.2. Šíření zvuku Jakou dráhu urazí zvuk za 0,1s? v = 340m.s-1 t = 0,1s s = v . t = 340 . 0,1= 34m : 2 = 17m s v . t 17m

Výpočty

3.2.3. Vlastnosti zvuku Výška Barva Hlasitost 1)Výška je dána frekvencí (f/Hz) Infrazvuk f < 16Hz Zvuk vnímaný lidským uchem f = 16Hz-20kHz Ultrazvuk f > 20kHz

3.2.3. Vlastnosti zvuku 2) Barva je určena složením zvuků , tzv. vyšších harmonických frekvencí (f´), které jsou celistvými násobky základní frekvence Příklad: Komorní „a“ f (základní frekvence – nejsilnější) = 440Hz f´(vyšší harmonické frekvence-slabší)=880Hz, 1320Hz

Výpočty

3.2.3. Vlastnosti zvuku 3)Hlasitost je určena vnímanou energií zvuku (hladina intenzity zvuku–jednotka–decibel dB) Vhození papíru do koše Tichý hovor 20-40dB Motorová pila Hlasitá hudba 80-110dB Výstřel z děla Letecký motor 120-130dB práh bolesti

3.2.4. Hluk bývá označován také nepříjemný, rušivý zvuk, tato definice je subjektivní. Ochrana před hlukem odstranění nebo úprava kmitajících předmětů zvuková izolace chrániče sluchu zvětšování vzdálenosti od zdroje hluku

3.2.5. Shrnutí a procvičení učiva

3.3. Elektromagnetické záření Rozdělení podle vlnové délky Rádiové vlny (dlouhé, střední, krátké, velmi krátké) λ = km - m Mikrovlny λ = cm Infračervené záření λ = 760nm – 1mm Světlo (červené, oranžové, žluté, zelené, modré, fialové) λ = 700 – 400nm Ultrafialové záření λ = 400 – 280nm Rentgenové záření λ = 10nm – 124pm Záření gama λ < 124pm

3.3. Elektromagnetické záření

3.3. Elektromagnetické záření Využití elektromagnetického záření Rádiové vlny - slouží k přenosu informací. Mikrovlny – používají se k ohřevu potravin, mobilní telefony, navigační systém GPS, … Infračervené záření – vydávají všechna zahřátá tělesa, dálkové ovládání. Světlo Ultrafialové záření – UVA, UVB, UVC, umožňuje opálení, sterilizace. Rentgenové záření – lékařství. Gama záření – vyzařují některé radioaktivní látky. Využívá se k ozařování nádorů

3.3.1. Šíření světla (optika) Světelný paprsek je úzký svazek světla, který se šíří po přímce video Světlo vnímáme pouze tehdy, když se odrazí od nějakého tělesa a dopadne do našeho oka Tělesa mohou světlo vyzařovat (světelné zdroje), odrážet nebo pohlcovat

3.3.1. Šíření světla Rychlost světla ve vakuu je univerzální konstantou, jejíž velikost je určena hodnotou c = 299 792 458 m/s = 300 000km.s-1 v jiném prostředí se světlo šíří rychlostí v, která je vždy nižší než c (» lom světla) .

3.3.2. Barvy video barva tělesa je určena složkou spektra, kterou těleso odráží (pohlcuje) bílé světlo je tvořeno směsí spektrálních barev

3.3.3. Stín Stín vzniká za překážkou, která nepropouští světlo video Při nasvícení tělesa více světelnými zdroji vzniká za překážkou plný stín a polostín

3.3.3. Stín Stín, polostín, plný stín Zatmění Měsíce – video Zatmění Slunce - video

3.3.4. Odraz světla Zákon odrazu při odrazu světelného paprsku na rozhraní dvou prostředí se úhel dopadu α rovná úhlu odrazu β a odražený paprsek zůstává v rovině dopadu. kolmice na optické rozhraní α = β video

3.3.4. Odraz světla Zrcadla Rovinná Kulová dutá (když se světlo odráží od části vnitřního povrchu kulové plochy) vypuklá (když se světlo odráží od části vnějšího povrchu kulové plochy)

3.3.4.A. Rovinná zrcadla Obraz vytvořený na rovinném zrcadle je zdánlivý, vzpřímený a stranově převrácený video video video

3.3.4.B. Dutá zrcadla video S = střed křivosti F = ohnisko V = vrchol zrcadla r = poloměr křivosti = (SV) f = ohnisková vzdálenost = (SF) = r:2 dopadající paprsky f S F V optická osa r

Odraz paprsků význačných směrů dutým zrcadlem 3.3.4.B. Dutá zrcadla Odraz paprsků význačných směrů dutým zrcadlem video Paprsek procházející středem křivosti se odráží po stejné přímce Paprsek procházející ohniskem se odráží rovnoběžně s optickou osou Paprsek dopadající rovnoběžně s optickou osou se odráží do ohniska S F V optická osa

Využití dutých zrcadel 3.3.4.B. Dutá zrcadla Využití dutých zrcadel Dutá zrcadla jsou součástí osvětlovacích zařízení (automobilové světlomety, projektory, kapesní svítilny, …) video celek detail

3.3.4.C. Vypuklá zrcadla video S = střed křivosti F = ohnisko V = vrchol zrcadla r = poloměr křivosti = (SV) f = ohnisková vzdálenost = (SF) = r:2 dopadající paprsky V optická osa F S f

3.3.4.C. Vypuklá zrcadla Paprsek, směřující do středu křivosti se odráží po stejné přímce Paprsek procházející rovnoběžně s optickou osou se odráží tak, že zdánlivě vychází z ohniska Paprsek směřující do ohniska se odráží tak, že je rovnoběžný s optickou osou V optická osa F S

Využití vypuklých zrcadel 3.3.4.C. Vypuklá zrcadla Využití vypuklých zrcadel Vypuklá zrcadla se používají např. na křižovatkách, ve zpětných zrcátkách automobilů, … - mají totiž velké zorné pole.

3.3.5. Lom světla video Opticky řidší prostředí – světlo se šíří rychleji Opticky hustší prostředí - světlo se šíří pomaleji

3.3.5. Lom světla Zákon lomu video Dopadá-li paprsek na rozhraní dvou prostředí: Paprsek se neláme, jestliže úhel dopadu je nulový (paprsek dopadá kolmo na rozhraní) kolmice na optické rozhraní video

3.3.5. Lom světla 2) nastane lom ke kolmici, jestliže se šíří z opticky řidšího do opticky hustšího prostředí (α > β) kolmice na optické rozhraní vzduch α β voda

3.3.5. Lom světla 2) nastane lom ke kolmici, jestliže se šíří z opticky řidšího do opticky hustšího prostředí (α > β) video

3.3.5. Lom světla 3) nastane lom od kolmice, jestliže se šíří z opticky hustšího do opticky řidšího prostředí (α < β) kolmice na optické rozhraní sklo α β vzduch

3.3.5. Lom světla Čočky Spojky – video, video Rozptylky - video video f f F S F video f f F S F

Chod paprsků význačných směrů spojkou - video 3.3.5.A. Spojka Chod paprsků význačných směrů spojkou - video Paprsek procházející středem spojky se neláme Paprsek procházející rovnoběžně s optickou osou se láme tak, že prochází ohniskem Paprsek procházející ohniskem se láme tak, že je rovnoběžný s optickou osou F S F

Chod paprsků význačných směrů rozptylkou 3.3.5.B. Rozptylka Chod paprsků význačných směrů rozptylkou Paprsek procházející středem rozptylky se neláme Paprsek procházející rovnoběžně s optickou osou se láme tak, jako by vycházel z ohniska Paprsek směřující do ohniska se láme tak, že je rovnoběžný s optickou osou F S F

3.3.5.C. Využití čoček Optické přístroje

3.3.6. Oko stavba oka – video - video duhovka zornice

3.3.6. Oko Zdravé oko Krátkozraké oko Dalekozraké oko

3.3.6. Oko Krátkozraké oko Dalekozraké oko

3.3.7. Shrnutí a procvičení učiva

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ A LITERATURY INVESTICE DO ROZVOJE VZDĚLÁVÁNÍ SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ A LITERATURY František Jáchim, Jiří Tesař, Fyzika pro 7. ročník ZŠ,SPN Praha 1999, str. 31-83, ISBN 80-7235-116-8 LANGMaster, Jak věci fungují 1, Fyzika, CD A, www.langmaster.cz Wikipedia - Encyklopedie na internetu Encyklopedie fyziky MEF, www. jreichl.com RNDr. Milan Bednařík, CSc.,prof. RNDr. Emanuel Svoboda, CSc., RNDr. Vlasta Kunzová, Fyzika II pro studijní obory SOU, 2. vydání, SPN Praha, str. 132-199 Ivan Štoll, Fyzika pro netechnické obory SOŠ a SOU, 1.vydání, Prometheus Praha, str.179-211, ISBN 80-7196-223-6 Projekt Modernizace výuky všeobecně vzdělávacích a odborných předmětů v SOŠ Josefa Sousedíka Vsetín prostřednictvím využití ICT je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky