Fyzikální pokus a běžný život
(Hloubka ostrosti zobrazení, plavec pod jezem)

Josef Nahodil

Každý pokus provedený ve vyučování fyziky je užitečný, ať již plní úlohu motivační, opakovací, ověřující, ilustrační, objevovací atd. Všechny z uvedených typů pokusů hrají svou nezastupitelnou roli, já bych však kladl velký důraz na takový pokus, který si student odnese z hodiny fyziky do života. Jsou to pokusy, které ozřejmují některý z běžně se vyskytujících a dobře známých jevů. Zmíním se o dvou pokusech, které již pravděpodobně znáte, jejich provedení je jednoduché, ale které zařazením do tohoto širšího rámce otázek z běžného života získávají na hodnotě.

Pokus č. 1

Úvodní otázky z běžného života:

• Pozoruje-li krátkozraký člověk vzdálený předmět, mhouří oči. Proč?

• Dalekozraký čtenář musel při čtení v místnosti použít brýle. Venku na slunci však mohl tyto brýle odložit a číst bez nich. Vysvětli.

• Proč se po setmění stáváme jakoby krátkozrakými a pozorované předměty vidíme neostře?

To všechno jsou otázky, které mají příčinu v hloubce ostrosti optického zobrazení v závislosti na průměru světelného svazku paprsků, které se na zobrazení podílejí. Tuto hloubku ostrosti můžeme studentům třeba ukázat na nějaké fotografii s větší obrazovou hloubkou. Vysvětlení je velice jednoduché a poskytuje je náčrtek obr. 1.

Není-li optická soustava při zobrazení bodu A dokonale zaostřena, není obrazem tohoto bodu jediný bod A′, nýbrž kruhová ploška. Náčrtek ukazuje velikost průměru této plošky, kterou vytváří zobrazovací soustava (objektiv fotoaparátu, oko, objektiv projekčního přístroje) na stínítku (filmový pás, sítnice, promítací plocha), v závislosti na průměru zobrazovacího svazku paprsků (velikosti clony, průměru oční zornice).

Celý jev lze snadno demonstrovat tak, že na projekční ploše vytvoříme projekčním přístrojem (diaprojektorem nebo zpětným projektorem) ostrý obraz. Pak jej rozostříme a k objektivu přiložíme irisovou clonu. Změnou průměru jejího otvoru krásně ovlivňujeme ostrost obrazu.

Odpovědi na úvodní otázky jsou již nyní všem studentům zcela zřejmé.

Pokus č. 2

Úvodní otázka z běžného života:

Již mnoho zdatných plavců utonulo pod říčním jezem. Jejich nebezpečí spočívá nejen ve zpětných proudech, které plavce nesou pod splav, ale též jakási síla je drží přímo pod padající vodou. V čem tkví příčina této síly?

Tento základní fyzikální problém mohou s naší pomocí studenti řešit postupně v několika fázích:

1. Provedeme pokus: Do proudu vzduchu vystupujícího vzhůru z vysoušeče vlasů či výfukového otvoru vysavače vložíme pingpongový míček. Míček má tendenci setrvávat ve středu tohoto proudu, i když jeho zdrojem pohybujeme, nebo ho dokonce nakláníme.

2. Dáme studentům možnost pokusit se o vysvětlení pokusu, v případě neúspěchu jim nabídneme náčrtek jevu – obr. 2. Nyní je již odpověď jasná, jde o aplikaci Bernoulliho rovnice.

3. Provedeme pokus: Na hladinu vody v umyvadle položíme opět pingpongový míček a necháme na něj svrchu dopadat proud vody z kohoutku vodovodu. Míček je držen proudem vody v místě jejího dopadu na hladinu, i když ramenem kohoutku otáčíme.

4. Necháme studenty jev vysvětlit, eventuálně jim pomůžeme poukazem na předchozí pokus s míčkem v proudu vzduchu.

5. Nyní již všichni jistě znají odpověď na původní otázku.

6. Zůstává ale ještě problém, jak se má nešťastník zpod splavu dostat. Buď se nechá vytáhnout někým jiným (pomocí pádla nebo větve), anebo se potopí a nechá se proudem odnést z dosahu padající vody (i zpětných proudů).

Závěrečná poznámka: I jednoduché prostředky a elementární fyzikální znalosti mohou být pro naše studenty nejenom zajímavé, ale i pro život užitečné.