Pokus 1: CD kao optička rešetka
Pribor: Laser, CD medij, pomična mjerka, poluprozirni zastor, mjerna traka, stativi i stativni pribor.
Zadatak:
1. Proučite i objasnite kako se zapisuju i kako se očitavaju podatci s optičkog medija (CD).
2. Osmislite i izvedite pokus i mjerenja na osnovu kojih je moguće odrediti broj utora na CD-u (CD upotrijebite kao optičku rešetku).
3. Odredite i usporedite duljine spiralnih staza na CD mediju.
Primijenite dosadašnje znanje o optičkoj rešetki kako biste osmislili jednostavan pokus s ciljem rješavanja zadanih zadataka.
Optička rešetka je uređaj koji se sastoji od niza pukotina između kojih je konstantan razmak. Kada svjetlost upada na optičku rešetku, nastaje ogibna slika tih pukotina. Zbog periodičnog razmaka između staza, CD predstavlja optičku rešetku vrlo male konstante, reda veličine mikrometra.
Pribor: Laser, CD medij, pomična mjerka, poluprozirni zastor, mjerna traka, stativi i stativni pribor.
Zadatak:
1. Kako se zapisuju i očitavaju podatci sa optičkog medija (CD)? Proučite i objasnite.
2. Osmislite i izvedite pokus i mjerenja na osnovu kojih je moguće odrediti broj utora na CD-u
(CD upotrijebite kao optičku rešetku!).
3. Odredite i usporedite duljine spiralnih staza na CD mediju.
Primijenite dosadašnje znanje o optičkoj rešetki.
Osmislite jednostavan pokus s ciljem rješavanja zadanih zadataka.
Optička rešetka je uređaj koji se sastoji od niza pukotina između kojih je konstantan razmak.
Kad svjetlost upada na optičku rešetku, nastaje ogibna slika tih pukotina.
Zbog periodičnog razmaka između staza, CD predstavlja optičku rešetku vrlo male konstante, reda veličine mikrometra.
Mjerenja s transmitiranom laserskom svjetlosti
Mjerenja je moguće izvesti u prolaznoj svjetlosti ako se ukloni reflektirajući sloj s CD-a. Ovo je najjednostavnije izvesti tako da se na medij s one strane gdje je aluminizirani dio zalijepi široka ljepljiva traka za zatvaranje kutija i da se naglo povuče.
Mogući eksperimentalni postav prikazan je na slici. Upotrijebite crveni i zeleni laserski pokazivač, poznatih valnih duljina.
Što je sve potrebno izmjeriti kako biste odredili razmak između susjednih utora na CD-u? Izvedite eksperiment i zapišite mjerne podatke.
Kolika je konstanta takve rešetke? Koliko ste sporednih maksimuma mogli opažati? Zašto?
Procijenite točnost vašeg mjerenja. Odredite duljinu staze na CD-u. Koliko utora ima dani CD medij?
Mjerenja je moguće izvesti u prolaznoj svjetlosti ako se ukloni reflektirajući sloj s CD-a.
Najjednostavnije je na medij zalijepiti široku ljepljivu traku za zatvaranje kutija.
Traku stavljamo na medij s one strane gdje je aluminizirani dio.
Nakon toga, traka se naglo povuče.
Mogući eksperimentalni postav prikazan je na slici.
Upotrijebite crveni i zeleni laserski pokazivač, poznatih valnih duljina.
Što je sve potrebno izmjeriti da biste odredili razmak između susjednih utora na CD-u?
Izvedite eksperiment.
Zapišite mjerne podatke.
Kolika je konstanta takve rešetke?
Koliko ste sporednih maksimuma mogli opažati? Zašto?
Procijenite točnost vašeg mjerenja.
Odredite duljinu staze na CD-u.
Koliko utora ima cd medij?
Mjerenja s reflektiranom bijelom svjetlosti
CD medij obasjajte izvorom bijele svjetlosti.
Opišite što vidite.
Otkuda boje ili spektar koji vidite na CD-u?
Prema skici sastavite eksperimentalni postav.
Izvedite potrebna mjerenja.
Pažljivim naginjanjem CD-a moći ćete zapaziti kružni spektar duginih boja na njegovom rubu.
Namjestite žarulju iznad CD-a položenog na stol s reflektirajućim slojem okrenutim prema gore tako da slika žarulje nestane u njegovom središnjem otvoru. Neka žarulja bude postavljena na visini od otprilike 40 cm iznad CD-a. Oči opažača trebaju biti u visini žarulje. Pomičite glavu tako da crvena boja opaženog spektra bude uz sam otvor CD-a kao na slici. Izvršite potrebna mjerenja prema skici pokusa kako biste odredili ogibni kut za crvenu boju.
Postupak ponovite za žutu, zelenu, plavu i ljubičastu boju. Na osnovu poznatih valnih duljina za zadane boje odredite konstantu takve rešetke. Procijenite točnost vašeg mjerenja i usporedite dobiveni podatak s podatcima iz literature ili s mrežnih stranica.
Za valnu duljinu ljubičaste svjetlosti uzmite vrijednost 420 nm, crvene 700 nm, zelene 580 nm i plave 480 nm. Usporedite ovaj način određivanja konstante rešetke s prethodnim načinom.
Možete li upotrijebiti DVD medij u opisanim mjerenjima? Objasnite.
Pažljivim naginjanjem CD-a moći ćete zapaziti kružni spektar duginih boja na njegovom rubu.
Namjestite žarulju iznad CD-a položenog na stol s reflektirajućim slojem okrenutim prema gore.
CD je namješten tako da slika žarulje nestane u njegovom središnjem otvoru.
Neka je žarulja postavljena na visini od otprilike 40 cm iznad CD-a.
Oči opažača trebaju biti u visini žarulje.
Pomičite glavu tako da crvena boja opaženog spektra bude uz sam otvor CD-a kao na slici.
Izvršite potrebna mjerenja prema skici pokusa.
Odredite ogibni kut za crvenu boju.
Postupak ponovite za žutu, zelenu, plavu i ljubičastu boju.
Na osnovu poznatih valnih duljina za dane boje odredite konstantu rešetke.
Procijenite točnost vašeg mjerenja.
Usporedite dobiveni podatak s podatcima iz literature ili s mrežnih stranica.
Za valnu duljinu uzmite:
- 420 nm ljubičaste svjetlosti
- 700 nm crvene svjetlosti
- 580 nm zelene svjetlosti
- 480 nm plave svjetlosti.
Usporedite ovaj način određivanja konstante rešetke s prethodnim načinom.
Možete li upotrijebiti DVD medij u opisanim mjerenjima?
Objasnite.
Pokus 2: Hertzovi valovi
Pribor:
- prijenosni radio (po mogućnosti s vanjskom antenom)
- baterija od 1,5 V
- komadić žice
Uputa: namjestite što jednostavniji radio prijemnik na neku stanicu ili između stanica (možete probati i jedno i drugo). Na frekvencijama između radiostanica pozadinski će zvukovi biti jači.
Uputa:
namjestite što jednostavniji radio prijemnik na neku stanicu ili između stanica (možete probati i jedno i drugo).
Na frekvencijama između radiostanica pozadinski zvukovi će biti jači.
Pridržavajte jedan kraj žice na bateriji, a drugim krajem kratko dotaknite drugi kraj baterije čime će se stvoriti iskrice vidljive u malo zatamnjenoj prostoriji (ne držite žicu dulje na bateriji, a u slučaju da se baterija zagrije, prekinite pokus!).
Osluškujte statički šum signala koji je emitirala iskra stvorena između žice i baterije. Mijenjajte udaljenost između baterije (u ovom slučaju odašiljača) i prijamnika. Zabilježite promjene u intenzitetu signala.
Možete pokušati i "zaštititi" prijamnik stavljajući ga u zaštitnu kutiju (od kartona, plastike, bilo kojeg materijala koji vam je dostupan ili omotajte prijamnik aluminijskom folijom).
Napomena: bolje se čuje signal na AM frekvencijama!
Pridržavajte jedan kraj žice na bateriji.
Drugim krajem žice kratko dotaknite drugi kraj baterije.
Time će se stvoriti iskrice vidljive u malo zatamnjenoj prostorij.
(Ne držite žicu dulje na bateriji u slučaju da se baterija zagrije! Prekinite pokus!)
Osluškujte statički šum signala.
Njega je emitirala iskra stvorena između žice i baterije.
Mijenjajte udaljenost između baterije (u ovom slučaju odašiljača) i prijamnika.
Zabilježite promjene u intenzitetu signala.
Možete pokušati i "zaštititi" prijamnik.
Stavite ga u zaštitnu kutiju (od kartona, plastike, bilo kojeg materijala koji vam je dostupan ili omotajte prijamnik aluminijskom folijom).
Napomena: bolje se čuje signal na AM frekvencijama!
Razmislite:
Otkud pojava iskre? Što je ovdje detektor? Što prima naš detektor?
Mnogi su rani pokusi s radiom koristili iskre kao detektore i izvore elektromagnetskog zračenja.
Razmislite:
Otkud pojava iskre?
Što je ovdje detektor?
Što prima naš detektor?
Mnogi su rani pokusi s radiom koristili iskre kao detektore i izvore elektromagnetskog zračenja.
Projekt
Za određivanje lokacije često koristimo the Global Positioning System (GPS). Da bi izračunao različite parametre položaja i gibanja, GPS prijamnik koristi signale 4 ili više satelita od njih 30 u Zemljinoj orbiti (podatak iz prosinca 2019. godine) koji se koriste u ovu svrhu.
Prijamnik prima podatke satelita putem radiovalova, a ti podatci uključuju vrijeme slanja poruke, precizne podatke o orbiti satelita koji šalje poruku, aproksimativne podatke o orbitama ostalih GPS satelita, stanje tehničke ispravnosti satelita i tako dalje. GPS sateliti šalju podatke prijamnicima na Zemlji svake sekunde.
Razmislite na koji način GPS uređaj u vašem vozilu pomoću podataka koje može dobiti od satelita (prostorne koordinate, točno vrijeme) može odrediti trenutnu brzinu gibanja vozila.
Uključite se u projekt u okviru međupredmetne teme koja uključuje odgovorno ponašanje u prometu izlaganjem ili prezentacijom koja uključuje:
- objašnjenje kako radi GPS sustav
- primjer kako je moguće odrediti brzinu gibanja vozila
- vaš prijedlog kako GPS sustav možemo iskoristiti za unaprjeđenje sigurnosti u prometu.
Za određivanje lokacije često koristimo the Global Positioning System (GPS).
GPS prijamnik koristi signale 4 ili više satelita od njih 30 u Zemljinoj orbiti (podatak iz prosinca 2019. godine) kako bi izračunao različite parametre položaja i gibanja.
Prijamnik prima podatke od satelita putem radiovalova.
Ti podatci uključuju:
- vrijeme slanja poruke
- precizne podatke o orbiti satelita koji šalje poruku
- aproksimativne podatke o orbitama ostalih GPS satelita
- stanje tehničke ispravnosti satelita i tako dalje.
GPS sateliti šalju podatke prijamnicima na Zemlji svake sekunde.
Na koji način GPS uređaj u vašem vozilu iz podataka koje može dobiti od satelita (prostorne koordinate, točno vrijeme) može odrediti trenutnu brzinu gibanja vozila?
Razmislite.
Uključite se u projekt u okviru međupredmetne teme koja uključuje odgovorno ponašanje u prometu izlaganjem ili prezentacijom koja uključuje:
- objašnjenje kako radi GPS sustav
- primjer kako je moguće odrediti brzinu gibanja vozila
- vaš prijedlog kako GPS sustav možemo iskoristiti za unaprjeđenje sigurnosti u prometu.
Istražite
U prošlom stoljeću primjena elektromagnetskih valova potpuno je promijenila živote ljudi. Nema područja iz spektra elektromagnetskih valova koje nije našlo primjenu u nekom području.
Pripremite prezentaciju koju ćete izložiti drugim učenicima pri čemu ćete:
- izabrati jedno područje valnih duljina (npr. mikrovalove, radiovalove…)
- navesti neke primjene navedenih elektromagnetskih valova
- objasniti jednu od primjena.
Neki od mogućih primjera primjene su:
- Wi-Fi
- emitiranje radio i televizijskog programa
- snimanje pomoću rendgenskog zračenja prilikom medicinskih pretraga ili kontrole prtljage na aerodromu
- sustavi za alarmiranje
- komunikacija pomoću satelita.
U prošlom stoljeću primjena elektromagnetskih valova potpuno je promijenila živote ljudi.
Nema područja iz spektra elektromagnetskih valova koje nije našlo primjenu u nekom području.
Pripremite prezentaciju koju ćete izložiti drugim učenicima.
Pri izradi prezentacije ćete:
- izabrati jedno područje valnih duljina (npr. mikrovalove, radiovalove…)
- navesti neke primjene navedenih elektromagnetskih valova
- objasniti jednu od primjena.
Neki od mogućih primjera primjene su:
- Wi-Fi
- emitiranje radio i televizijskog programa
- snimanje pomoću rendgenskog zračenja prilikom medicinskih pretraga ili kontrole prtljage na aerodromu
- sustavi za alarmiranje
- komunikacija sa satelitima.
Pokus: Radioteleskop
Na Zemlju pristižu zračenja iz svemira. Dio zračenja atmosfera upija, dio rasprši, a jedan dio dolazi i do površine Zemlje.
Na Zemlju pristižu zračenja iz svemira.
Dio zračenja atmosfera upija, dio rasprši, a jedan dio dolazi i do površine Zemlje.
Za astronomiju su od posebnog značenja radiovalovi valne duljine u intervalu od nekoliko milimetara do nekoliko desetaka metara. Naša atmosfera, uz vidljivi dio spektra, propušta i radiovalove upravo ovih valnih duljina.
Za astronomiju su od posebnog značenja radiovalovi valne duljine ([latex]\lambda[/latex]) u intervalu od nekoliko milimetara do nekoliko desetaka metara.
Naša atmosfera, uz vidljivi dio spektra, propušta i radio valove upravo ovih valnih duljina.
Sve do polovice prošlog stoljeća astronomija je bila vezana samo uz proučavanje "zapisa" koje vidljiva svjetlost donosi s nebeskih tijela. Otkriće radiozračenja iz svemira prouzročilo je pravu revoluciju u astrofizici.
Teleskopi, pomoću kojih je moguće "gledati" svemir u radiovalovima, goleme su tanjuraste antene promjera nekoliko desetaka metara, stotinu metara pa i oni najveći do sada izrađeni, promjera 300 m.
Na slici je prikazan radioteleskop Effelsberg u Njemačkoj. Promjer kolektora mu je 100 m.
Do polovice prošlog stoljeća astronomija je bila vezana samo uz proučavanje "zapisa" koje vidljiva svjetlost donosi s nebeskih tijela.
Otkriće radiozračenja iz svemira prouzročilo je pravu revoluciju u astrofizici.
Teleskopi, pomoću kojih je moguće "gledati" svemir u radiovalovima, goleme su tanjuraste antene.
Promjera su nekoliko desetaka metara, stotinu metara.
Najveći do sada izrađeni teleskopi promjera su 300 m.
Na slici je prikazan radioteleskop Effelsberg u Njemačkoj.
Promjer kolektora mu je 100 m.
Radioteleskopi su prijemnici prilagođeni za prihvat slabih signala pristiglih iz svemira i za određivanje smjera njihova pristizanja. Radioteleskop se sastoji od kolektora koji ima ulogu objektiva teleskopa. Kolektor prikuplja radio valove pristigle s nebeskih objekata. U žarištu kolektora nalazi se antena. U anteni radiovalovi izazivaju električne titraje. Pomoću pojačala, nastali električni napon mora se pojačavati i više milijuna puta. Primljeni signal se dalje elektronički obrađuje tako da se može pohraniti, obraditi i analizirati pomoću računala.
Radioteleskopi su prijemnici prilagođeni za:
- prihvat slabih signala pristiglih iz svemira
- određivanje smjera njihova pristizanja.
Radioteleskop se sastoji od kolektora koji ima ulogu objektiva teleskopa.
Kolektor prikuplja radio valove pristigle s nebeskih objekata.
U žarištu kolektora nalazi se antena.
U anteni radiovalovi izazivaju električne titraje.
Pomoću pojačala nastali električni napon mora se pojačavati i više milijuna puta.
Primljeni signal se dalje elektronički obrađuje.
Signal se može pohraniti, obraditi i analizirati pomoću računala.
Pogledajte sljedeći video. Prikazan je jednostavan radioteleskop i mogućnost detekcije valova u graničnom području infracrvenog zračenja i mikrovalova.
Pogledajte sljedeći video.
Prikazan je:
- jednostavan radioteleskop
- mogućnost detekcije valova u graničnom području infracrvenog zračenja i mikrovalova.
Radioteleskop
Zadatak 1
Sastavite pristupačan, prijenosni radioteleskop na osnovi sustava za praćenje satelitskog TV programa koji se može koristiti za upoznavanje s osnovama radioastronomije. Uređaj se sastoji od paraboličnog satelitskog tanjura promjera 100 cm (ili 40 cm) u čijem se žarištu nalazi LNB (Low Noise Block Converter). LNB služi za pretvaranje elektromagnetskih valova, za dani sustav frekvencije 12,75 GHz, u napon. Za detekciju radiovalova koristi se "Sat Finder". To je uređaj koji služi za pronalaženje satelita prilikom postavljanja satelitskih antena. "Sat Finder" pojačava signal koji pristiže iz LNB-a. Istražite ulogu svakog pojedinog dijela sastavljenog radioteleskopa: parabolični "offset" kolektor, LNB, "sat finder".
Zadatak 1
Sastavite pristupačan, prijenosni radioteleskop na osnovi sustava za praćenje satelitskog TV programa koji se može koristiti za upoznavanje s osnovama radioastronomije.
Uređaj se sastoji se od paraboličnog satelitskog tanjura promjera 100 cm (ili 40 cm).
U žarištu satelitskog tanjura nalazi se LNB (Low Noise Block Converter).
LNB služi za pretvaranje elektromagnetskih valova, za dani sustav frekvencije 12,75 GHz, u napon.
Za detekciju radiovalova koristi se "Sat Finder".
Ovo je uređaj koji služi za pronalaženje satelita prilikom postavljanja satelitskih antena.
"Sat Finder" pojačava signal koji pristiže iz LNB-a.
Istražite ulogu svakoj pojedinog dijela sastavljenog radioteleskopa:
- parabolični "offset" kolektor
- LNB
- "sat finder".
Zadatak 2
Zadatak ovog sustava je provesti mjerenja mikrovalnog zračenja koje emitira Sunce. Mjerenja se izvode tako da nebeski objekt prolazi preko tanjura.
Zadatak 2
Zadatak ovog sustava je provesti mjerenja mikrovalnog zračenja koje emitira Sunce.
Mjerenja se izvode tako da nebeski objekt prolazi preko tanjura.
Primjer mjerenja prolaza Sunca preko kolektora promjera 1 m prikazan je u sljedećoj tablici:
Primjer mjerenja prolaza Sunca preko kolektora promjera 1 m prikazan je u sljedećoj tablici:
Na osnovi danih podataka, nacrtajte u programu MS Excel graf ovisnosti izmjerenih napona o vremenu prolaza Sunca.
Na osnovi danih podataka, nacrtajte u programu MS Excel graf ovisnosti izmjerenih napona o vremenu prolaza Sunca.
O kakvoj se krivulji ovdje radi?
Krivulja prikazuje promjenu intenziteta primljenog signala pri prolasku Sunca ispred antene.
U sljedećem primjeru prikazan je prolaz osobe na udaljenosti 2 m ispred kolektora promjera 40 cm.
Pogledajte sljedeći primjer.
Prikazan je prolaz osobe na udaljenosti 2 m ispred kolektora promjera 40 cm.
Koliko puta se prošlo ispred antene?
2 puta
Što zapravo mjerimo?
elektromagnetsko zračenje Sunca
Ako kolektor usmjerimo prema dijelu neba gdje nema nebeskih objekata, kažemo da mjerimo temperaturu hladnog neba. Znate li o kojoj se temperaturi radi?
Ako kolektor usmjerimo prema dijelu neba gdje nema nebeskih objekata, kažemo da mjerimo temperaturu hladnog neba.
Znate li o kojoj se temperaturi radi?