Fizyka - optyka

Prowadzący

Czas Trwania Warsztatów

25 godzin lekcyjnych (5 dni po 5 godzin lekcyjnych)

Fizyka - optyka

Warsztaty doświadczalne z fizyki - optyki

Ludzie od wieków tworzą wykorzystujące światło wynalazki takie jak: świece, mikroskopy, krótkofalówki czy telefony. Przyrządy te były efektem przeprowadzenia rozmaitych eksperymentów optycznych oraz konstrukcji doświadczalnych modeli. Podczas tych warsztatów zapoznamy się z dotychczas odkrytymi zjawiskami świetlnymi. Każdego dnia zajęć zajmiemy się inną dziedziną optyki. Zapoznamy się z podstawami każdej z teorii, będziemy wykonywać doświadczenia oraz poznamy przemysłowe zastosowania omawianych zjawisk. Do dyspozycji będziemy mieli urządzenia takie jak: soczewki, zwierciadła, pryzmaty, polaryzatory czy płytki ćwierćfalowe.

Do kogo kierowany jest ten warsztat?

Warsztat skierowany jest do uczniów zainteresowanych fizyką, matematyką, biologią czy techniką. Do udziału w zajęciach wystarczy wiedza zdobyta podczas nauki w szkole.

Niezbędny sprzęt i oprogramowanie

Uczestnik musi posiadać i umieć obsługiwać urządzenie (kalkulator naukowy lub smartfon z odpowiednią aplikacją), które obliczy wartość funkcji sinus dla dowolnego kąta.

Przydatny też będzie (lecz nieobowiązkowy) smartfon z Androidem  i zainstalowaną bezpłatną aplikacją „Phyphox” (aplikacja nie działa dla Windows Phone).

Dlaczego warto wziąć udział w tym warsztacie?

Uczestnicy warsztatu:

  • dowiedzą się jak bardzo optyka jest fascynująca!
  • nauczą się modelu optyki geometrycznej;
  • zdobędą wiedzę przydatną na studiach fizycznych, biologicznych czy optometrycznych;
  • poznają zasady działania wielu otaczających ich urządzeń;
  • wykonają wiele ciekawych doświadczeń.

Program warsztatu

Dzień pierwszy

Optyka geometryczna

Pierwszy dzień warsztatu poświecimy na zgłębienie zagadnień z zakresu optyki geometrycznej. Optyka geometryczna jest najstarszym i najprostszym modelem propagacji światła, bazującym na idei promienia świetlnego. Trafnie opisuje zjawiska załamania i odbicia światła.

Zagadnienia:

  • postulaty optyki geometrycznej;
  • niezmienniki Abbe’go;
  • układy optyczne, soczewki;
  • całkowite wewnętrzne odbicie;
  • aberracja sferyczna i chromatyczna;
  • zwierciadła paraboliczne.

Dzień drugi

Jak postrzegamy barwy?

Kolory podstawowe, kolory pochodne, barwy dopełniające - każdy z nas terminy te słyszał, lecz mało kto wie, co dokładnie znaczą. W związku z tym drugiego dnia warsztatów usystematyzujmy naszą wiedzę dotyczącą kolorów i barw. Będziemy m.in. oświetlać przedmioty dnia codziennego różnymi kolorami oraz zastanowimy się jakiego koloru jest lustro czy szyba.

Zagadnienia:

  • uproszczony (komputerowy) model składania barw (RGB);
  • inne przestrzenie barwne, czyli CMYK, HSL, CIEXYY;
  • czy można rozgrzać przedmiot do białości? Czy istnieją zielone gwiazdy? Model ciała doskonale czarnego.

Dzień trzeci

Oko

Dzień najbardziej przyjazny pasjonatom biologii. Podczas zajęć zapoznamy się z budową ludzkiego oka i zasadami jego działania.

Zagadnienia:

  • pręciki i czopki, zjawisko Purkiniego;
  • plamka ślepa, plamka żółta, obróbka obrazu w mózgu;
  • wady wzroku: krótkowzroczność, dalekowzroczność, astygmatyzm i daltonizm;
  • efekt stroboskopowy;
  • tetrachromatyzm, czyli jak świat widzą złote rybki?
  • podstawy wiedzy o fotometrycznych, astronomicznych obserwacjach gwiazd.

Dzień czwarty

Fale elektromagnetyczne

Najtrudniejszy, a zarazem najciekawszy dzień warsztatów. Przedstawione tu zagadnienia znalazły szerokie zastosowanie w przemyśle.

Zagadnienia:

  • kolor światła, a długość fali elektromagnetycznej;
  • dyfrakcja, interferencja;
  • pryzmaty, siatki dyfrakcyjne;
  • linie absorpcyjne, linie emisyjne, spektroskopowe obserwacje gwiazd;
  • zjawiska zachodzące w ziemskiej atmosferze;
  • światłowody;
  • potężne narzędzie matematyczne: Transformata Fouriera;
  • fotony w STW i fizyce kwantowej.

Dzień piąty

Polarymetria

Amplituda, długość fali i kierunek propagacji są ważnymi parametrami fali elektromagnetycznej. Jednakże aby uzyskać pełny jej opis należy również wyznaczyć kąt polaryzacji. Ostatniego dnia warsztatów wykonamy doświadczenia z polaryzatorami, takimi jak kinowe okulary 3D.

Zagadnienia:

  • polaryzacja liniowa, eliptyczna, kołowa, chromatyczna;
  • polaryzatory, płytki dwójłomne, ćwierćfalówki;
  • kąt Brewstera;
  • rozpraszanie Rayleigha, rozpraszanie Mie.


Światło wierzy, że przemieszcza się szybciej od wszystkiego, ale się myli. Nieważne, jak szybko pędzi, zawsze odkrywa, że ciemność dotarła na miejsce wcześniej i już na nie czeka.

Terry Pratchett