Domácí TV-stroboskop

Ivan Baník

Stroboskopický efekt môže žiak, resp. študent pozorovať aj doma. Pri experimentovaní využije TV-prijímač, ktorého prevážnu časť obrazovky zatieni a odtienenú nechá iba jej menšiu, napr. dolnú časť tvaru pretiahlého obdľžnika (obr. 1).

Vďaka periodickému osvetlovaniu obrazovky pohybujúcou sa svetelnou stopou sa odkrytá časť obrazovky javí ako periodický plošný svetelný zdroj, ktorý na určitú pomerne krátku dobu pravidelne osvetluje predmety umiestnené pred obrazovkou. Nuž a táto periodičnosť svetelného zdroja je podmienkou vzniku stroboskopického efektu.

Pokus 1

Ide o pokus znázornený na obr. 1, pri ktorom pozorujeme stroboskopický jav na tmavej, najlepšie čiernej malej rotujúcej pokryvke na hrniec. Na pokryvku prilepíme v blízkosti jej okraja bielu neveľkú značku (napr. etiketu). O držiak pokryvky uviažeme tenší špagát, pomocou ktorého pokryvku roztočíme.

Postupujeme tak, že horný koniec špagátu pri pokryvke položenej na stôl predom dobre medzi prstami natočíme a až potom pomocou špagátu pokryvku zdvihneme. Horný koniec špagátu podľa potreby ešte medzi prstami natáčame. Pokryvka sa vďaka stočenému špagátu roztočí, pričom jej otáčky bez problémov dosiahnu hodnotu nad 10 otáčok za sekundu. Vďaka odporu vzduchu sa otáčky postupne znižujú, pričom pozorujeme typické stroboskopické efekty, ktoré dobre vnímame vďaka bielej značke na čiernej pokryvke. Na rotujúcom čiernom kotúči sa nám objavia zdanlivo naraz napr. tri, potom zase štyri biele značky a pri poklese otáčok päť, šesť… bielych značiek. Jednotlivým medzistavom zodpovedá pritom zdanlivé premiestňovanie sústavy značiek. Tie sa potom zrazu zdanlivo zastavujú, atď. Pre jednotlivé stavy, pri ktorých je sústava značiek bez pohybu, vieme ľahko určiť frekvenciu otáčania pokryvky. Ak ide o sústavu troch značiek, celá otáčka pokryvky sa vykoná za dobu troch „bliknutí“ obrazovky a teda za dobu 3∙0,02 s = 0,06 s, lebo pri zábleskovej frekvencii 50 Hz obrazovky je doba medzi dvoma zábleskami 0,02 s. V uvedenom stave je frekvencia otáčania pokryvky

.

Pri štyroch zastavených znáčkách na kotúči bude frekvencia otáčania pokryvky

,

pri piatich

.

Pokus 2

Ak pred našou stroboskopickou obrazovkou pohybujeme rýchlejšie nejakou tyčinkou s bielym, alebo svetlým povrchom, bude viditelná iba v niektorých polohách – v polohách, kde bola osvetlená zábleskami. Efekt nám umožní odhadnúť aj rýchlosť príslušného pohybu. Tá je určená podielom dráhy ubehnutej medzi dvoma zábleskami a časového intervalu medzi zábleskami Ak sa za časový interval 0,02 s ceruza premiestnila napríklad o 6 cm, bude rýchlosť

v = s/t = 6 cm/0,02 s = 0,06 m/0,02 s = 3 ms^-1

Pre pokus sa hodí aj ceruza, okolo ktorej ovinieme biely papier.

Pokus 3

Tento pokus má konfrontačný charakter. Pri ňom určujeme na základe stroboskopického efektu rýchlosť guľôčky zavesenej na niti v jej najnižšej polohe po uvoľnení vo vychýlenej polohe. Stroboskopickým meraním určenú (odhadnutú) rýchlosť porovnávame potom s rýchlosťou určenou teoreticky z výškového rozdielu východzej a najnižšej polohy (na základe vzťahu ).