ZÁMĚR ÚLOHY

V této úloze žáci studují pomocí luxmetru změny zabarvení zatmavovacích brýlí.

POMŮCKY

• samozabarvovací brýle
• datalogger Vernier LabQuest 2
• luxmetr Vernier LS-BTA
• software Logger Pro

TEORETICKÝ ÚVOD

Samozabarvovací brýle obsahují příměs materiálu, který po dopadu ultrafialového světla mění svou strukturu a přestává být průhledný. Po určité době materiál samovolně přechází zpět do původního stavu. Jde o náhodný proces z hlediska matematického popisu podobný radioaktivnímu rozpadu.

Přestane-li na samozabarvovací brýle dopadat UV záření, postupně se zase odbarví a přejdou do čirého stavu.

Okenní skla obvykle UV záření pohlcují, v místnosti (nebo třeba uvnitř automobilu) proto k zabarvení brýlí nedochází.

ÚKOLY

1. Vyčkejte na jasný slunečný den. Mraky jsou překážkou, slunce by nemělo během experimentu být překryto mrakem.


2. Připojte k LabQuestu luxmetr.


3. Nastavte frekvenci měření na 1 Hz a dobu měření na dvacet minut.


4. Přepněte na rozsah 0 až 6000 lx.


5. Samozabarvovací brýle umístěte do pouzdra, aby se venku předčasně nezabarvily.


6. Umístěte luxmetr na přímé sluneční světlo. Luxmetr natočte tak, aby hodnota osvětlení byla pod maximem rozsahu (vhodná je hodnota mezi 5000 lx a 6000 lx).


7. Vytáhněte brýle z pouzdra, umístěte těsně před luxmetr a spusťte měření. Následujících 20 minut bude luxmetr proměřovat, jak se brýle postupně zatmavují.


8. Po 20 minutách měření uložte, celý experiment přeneste do místnosti a stejným způsobem proměřte odbarvování.


9. Proveďte analýzu naměřených dat. Jak dlouho trvá, než jsou brýle zabarveny?

POZNÁMKY PRO UČITELE

Subjektivní vnímání osvětlení

Lidské oko nevnímá změny osvětlení lineárně (na rozdíl od objektivních přístrojů), ale spíše logaritmicky.

Různé druhy brýlí

Může být zajímavé proměřit různé druhy brýlí, nejlépe s různými daty výroby. Lze předpokládat, že kvůli technologickému pokroku starší samozabarvovací brýle (například z 90. let) budou mít horší vlastnosti (pomalejší reakci) než nejnovější materiály.

Jak poznat, že jsou brýle už zabarvené

Otázka „Jak dlouho trvá, než jsou brýle zabarveny" vůbec není tak jednoduchá, jak by se na první pohled mohlo zdát. Díky tomu, že se brýle zabarvují postupně, není jasné, jaký okamžik vlastně stanovit za „zabarveno".

Jako „zabarveno" můžeme stanovit například pokles propustnosti na polovinu nebo na 10 % původní hodnoty.

Při výpočtu je potřeba od počáteční hodnoty (100% propustnost) odečíst číslo, ke kterému se hodnota osvětlení při zatmavování asymptoticky blíží (0% propustnost). Když jsme tedy začali na hodnotě 5100 lx a asymptota je na hodnotě 1800 lx, odpovídá 90% zabarvení (10% propustnost) hodnotě 2130 lx.

Ukázky naměřených hodnot

Na grafu níže je zachyceno postupné zabarvování. Brýle na počátku experimentu propouštěly 5100 luxů, na konci už pouze 1800 luxů. Po 67 sekundách došlo k 50% zabarvení, po 165 sekundách k 90% zabarvení.

Další graf zachycuje odbarvování po přenesení do místnosti. Tentokrát se brýle odbarvily na 50 % za pouhých 33 sekund, po 109 sekundách už bylo zabarvení pouze 10%. Grafem jsme proložili v programu Logger Pro exponenciální křivku. Shoda s naměřenými daty je naprosto zjevná. Pro odbarvování platí rozpadový zákon podobně jako pro radioaktivní látky.

Materiál vznikl v rámci projektu Gymnázia Cheb s názvem Příprava na Turnaj mladých fyziků.

Dostupné ze Školského portálu Karlovarského kraje www.kvkskoly.cz.

Autorský tým: Pavel Böhm, Hana Böhmová, Filip Danko, Lucie Filipenská, Petr Kácovský, Věra Koudelková, Daniel Novopacký, Ilona Šimánková, Martin Vlach. Děkujeme i všem ostatním lidem, kteří přispěli k tvorbě materiálů.

Pro případ dalších námětů, komentářů, nalezených chyb a podobně využijte e-mailovou adresu pavel.bohm@mff.cuni.cz