Vítám Vás u této keše, která Vás zavede na cca 6 km procházku kolem Tlusté hory nad Zlínem. Keš je věnovaná optice, doufám, že si ji užijete. Pro odlovení keše budete potřebovat buď výkonnou čelovku, nebo lépe laser, více je v listingu, pozorně čtěte!
Optika je část fyziky a zároveň vlastně i matematiky, která se zabývá zejména naukou o světle (vlnění), jeho vlastnostech, šíření a interakcemi s okolím. Světlo a obecně vlnění je jedním z nejzásadnějších projevů našeho vesmíru, díky němu jsme schopni vnímat svět kolem nás, vnímat realitu našeho prostoru, ale taky hledět v hlubokém kosmu do minulosti, vzhledem k omezené rychlosti šíření světla ve vakuu. Pokud vidíme něco, co je od nás velmi, ale velmi daleko, vidíme, co se stalo v minulosti, jelikož světlu trvá nějaký čas, než k nám přiletí.
Světlo bylo studováno nejvýznamnějšími génii našeho lidstva, od starých Egypťanů, přes Arábii ve středověku, až po Novověk.
Připomeňme si významné milníky v historii objevování podstaty a povahy světla:
O světle panovalo mnoho teorií, nejznámější ve starověku byly názory Euklida a Ptolemaia, kteří tvrdili, že vidíme díky tomu, že světlo vychází z našich očí, odráží se od okolních předmětů a vrací se zpět a díky tomu vidíme.
Arabský učenec Alhazen (Ibn al-Haytham) ve svém díle „Book of optics“, publikované 1021 n.l. tvrdil, že to není možné, protože hvězdy jsou příliš daleko, než aby světlo z našich očí dolétlo k nim a zpět. Naopak, zkonstruoval dírkovou komoru (Camera Obscura) a dokázal, že světlo se šíří lineárně, tedy po přímce… Další úžasné objevy o světle následovaly za několik staletí…
Isaac Newton ve svých dvaceti letech zjistil, že bílé denní světlo lze pomocí hranolu rozložit na jednotlivé barvy duhy a tento rozklad nazval „Spectrum“, což v latině znamená „Přelud“…
Neméně významný William Herschel v 18. století zjistil, že za červeným světlem se nachází další světlo, neviditelné, které nese teplo a nazval ho „Infračervené“. Musím zmínit i anglického génia Roberta Hooka, který krom výpočtu gravitační konstanty a jiných úžasných objevů navrhl vlnovou povahu světla…
Joseph Fraunhofer, geniální německý vědec zjistil, že spektrum světla není spojité, že se v něm nachází temné oblasti, kde není žádná intenzita záření. Zjistil tím, že světlo, které vychází se slunce (a hvězd vůbec) nese s sebou informaci o tom, jaké prvky jsou na jeho povrchu… Díky světlu a informacím v něm ukrytých jsme začali poznávat vesmír!
Pak následovali velikáni, jako Maxwell, Faraday, Plank, Einstein, ti všichni řešili světlo jako vlnění, i jako částici a Albert Einstein nedostal Nobelovu cenu za teorii relativity, ale za objasnění fotoelektrického jevu!
V šedesátých letech minulého století byl vynalezen laser, světlo, vzniklé nucenou emisí záření. Princip vzniku laseru využívá zákonů kvantové mechaniky a termodynamiky a díky němu bylo objeveno obrovské množství nových poznatků jak ve vědě samotné, tak v průmyslu, medicíně, telekomunikacích…
Keš
Na odlovení této keše budete potřebovat nejlépe laser, alternativně se to dá zvládnout i se silnou čelovkou, měla by ale svítit "bodově". Laser bude stačit typu "laser pointer", používaný při prezentacích na tabuli, nebo malý laser, který bývá v propiskách, přívěscích apod. Barva laseru nehraje roli, zelený, červený, modrý, je to jedno, elementy jsou zkonstruovány tak, aby fungovaly se všemi barvami přibližně stejně. Pokud budete lovit keš v noci, nebo za šera, doporučujeme mít s sebou mimo laser (nebo bodovou čelovku), ještě další pomocnou čelovku na orientaci v prostoru, abyste dobře viděli na lovené indicie. Za bílého dne, nebo v podvečer pomocnou čelovku potřebovat nebudete. Pokud chcete tuto kešku opravdu najít, nezbude Vám než se vybavit tímto nádobíčkem. Tři stage jsou zkonstruovány tak, abyste pomocí paprsku světla zjistili indicie k výpočtu finálních souřadnic této kešky, na jedné Vám k získání indicie budou stačit oči a ve tmě pomoc čelovky. Stages jsou následující:
Stage 1 – Prostý odraz
Stage 2 – Dělič paprsků (beamsplitter)
Stage 3 – Difuzní rozptyl
Stage 4 – Optické soustavy
Stage 1 – Prostý odraz
Na tomto místě si vyzkoušíte základní vlastnost paprsku světla, a to je prostý odraz, správné vyluštění této zastávky Vám dá první indicii, nutnou pro výpočet finálky, A.
Na obrázku níže vidíme schéma prostého odrazu paprsku světla od povrchu, který je schopen světlo odrážet, neboli reflektovat (zrcadlo, vyleštěný kov, hladina kapaliny…). Velmi jednoduché pravidlo zní, že „Úhel odrazu se rovná úhlu dopadu, přičemž odražené světlo (vlnění) zůstává v rovině dopadu“.
Na této Stage máte za úkol namířit Váš paprsek zespodu do optického elementu, přičemž v něm instalované zrcadlo Vám paprsek odrazí a tím zjistíte indicii A. Místo, odkud máte svítit máte vyznačeno…
Tak co, máte indicii? Výtečné! Tak hurá na další stage...
Stage 2 – Dělič paprsků (beamsplitter)
V technických aplikacích, jako různé spektrometry, optické dálkoměry apod. potřebujeme občas paprsek rozdělit na dva, jeden nám něco změří, nebo jinak interaguje s hmotou a tím se trochu změní, druhý použijeme jako referenci (srovnání, beze změn). Na to, abychom rozdělili paprsek na dva potřebujeme dělič paprsků, neboli beamsplitter. Známe dva nejdůležitější: hranolový a planární (rovinný). Hranolový je slepený ze dvou hranolů do kostky, kdy dělící rovina nám rozdělí vstupní paprsek na dva, u planárního se o to postará na šikmo umístěná vrstva optického materiálu do cesty paprsku, obojí vidíte schematicky na obrázcích.
Schema hranolového beamsplitteru
Schéma planárního beamsplitteru
A zde oba typy v reálu.
Na této Stage máte za úkol opět namířit Váš paprsek do optického elementu. Uvnitř je hranolový beamsplitter s pomocným zrcadlem tak, aby oba paprsky, které vzniknou rozdělením paprsku primárního, mířily na stejnou stranu. Zde tedy zjistíte dvě indicie B a C, kdy B je to horní a C je to spodní číslo. Místo, odkud máte svítit máte i zde vyznačeno… Máte? Dobře, další stage na Vás čeká...
Stage 3 – Difuzní rozptyl
Ačkoli se to nezdá, i pohled z okna lze v optice popsat spoustou matematických rovnic, ve kterých se dá popisovat průchod světla obyčejnou tabulkou skla. V následujícím obrázku vidíme zjednodušeně prostup světla přes tabulku skla, kdy v jednom případě dochází k difuznímu rozptylu dopadajícího paprsku na matném skle, zatímco v druhém případě nám paprsek prochází jen s malými změnami sklem čirým. Vyzkoušet si to můžete doma, když posvítíte laserem ve tmě kolmo na čirou okenní tabulku, za kterou si dáte vlastní ruku. Uvidíte, že u čirého skla většina světla krásně projde skrz, jen velmi malá část se rozptýlila do okolí. Pokud uděláte ve tmě ten samý experiment s mléčným sklem (které máte třeba ve dveřích do koupelny), prostor kolem místa dopadu paprsku se rozzáří rozptýleným difuzním světlem. K difuznímu odrazu dochází na nerovném povrchu mléčného skla. Díky tomuto jevu vás nikdo neuvidí přes matné sklo nahatého v koupelně😊.
Nejběžnější situací, kdy vidíme difuzní rozptyl, je pohled ve dne na zataženou oblohu, kdy se jinak rovnoběžné paprsky slunce rozptylují v horních vrstvách mraků a na zem dopadá difuzní světlo. Toto světlo nevrhá ostré stíny, ve fotoatelierech si mohou takto nasvicovat scény přes bílé deštníky...
Pokud stojíte na souřadnicích této stage a objevíte optický element, neváhejte a posviťte do něj do kulatého otvoru. Tady je fakt ten laser lepší, než čelovka... Světlo laseru (možná i té čelovky, pokud si ho dobře přicloníte, aby svítilo jen do vstupního kulatého otvoru) dopadne na matné sklo, difuzně se rozptýlí a v hranatém okénku se ukáže indicie D. Máte ji? Skvělé, tak zapsat a dál!
Stage 4 – Optické soustavy
Doposud jsme se nezabývali čočkami (spojkami a rozptylkami), které jsou základními optickými elementy dalekohledů, mikroskopů apod. Na následujícím obrázku vidíte základní funkce čočky spojky a rozptylky.
Spojka „spojí“ rovnoběžný dopadající paprsek do ohniska, zatímco rozptylka jej „rozptýlí“. S dostatečně velkou spojkou (lupou) podpálíte s pomocí sluníčka třeba noviny, protože všechny vstupní paprsky soustředíte do ohniska, s rozptylkou nic nepodpálíte, vstupní paprsky se Vám po průchodu rozptylkou budou rozbíhat...
Nejčastější použití jsou dioptrické brýle, kdy těmito čočkami korigujeme vady očí, čočku spojku naleznete v brýlích na čtení, zatímco rozptylku v brýlích na dálku.
Dalekohled je dalším příkladem použití čoček. První funkční čočkový dalekohled postavil a použil ve středověku pro pozorování oblohy Galileo Galilei v roce 1610 a objevil s ním čtyři jasné měsíce planety Jupiter. Považte, před více, než čtyřmi sty lety!
Krom brýlí na nose a objektivu ve Vašem mobilu jsou čočky běžně používány v triedrech, pro myslivce máme puškohledy… Do jednoho takového se podíváte na této stage. Puškohled má parametry 4x20, kdy 4 znamená přiblížení (zoom) a 20 je průměr vstupní čočky v mm. Tímto způsobem se běžně značí dalekohledy.
Najděte stage a podívejte se skrz puškohled. Podívali jste se někdy přes puškohled? V zorném poli vidíte kříž - zaměřovač…
Klíč k indicii E je dle Vámi viděného stromu následující:
- Když vidíte olši, pak E=16
- Když vidíte buk, pak E=14
- Když vidíte břízu, pak E=24
- Když vidíte smrk, pak E=30
- Když vidíte javor, pak E=11
- Když vidíte dub, pak E=22
- Když vidíte borovici, pak E=42
Pokud lovíte tuto stage v noci, v dalekohledu uvidíte tmu :-) . Lze si pomoct tak, že do očekávaného místa, kam dalekohled míří, svítíte čelovku, abyste si osvítili scénu. Lze i svítit přímo do puškohledu a ve tmě se Vám ozáří patřičný strom... Chce to, aby si oči trochu zvykly na tmu...
Pokud jste šli podle čísel jednotlivých stanovišť, tak byste měli nyní mít všechny potřebné optické indicie!!!
A teď finálka!
Tak, máte všechny indicie, nyní Vás čeká odměna a tím je výpočet finálky!
N 49° 13. [B/2-(C-D)+(A-E)+3]
E 017° 39. [((A+B+C+D+E)*4)-B+15]
Šťastný lov, snad jednotlivé stage dlouho vydrží...
Samsonci