Optika a zvuk

Proč se tužka ve sklenici s vodou zdá být zlomená?

Za tímto jevem stojí lom světla – jeden z nejzajímavějších optických jevů. Optika a akustika propojují fyziku s každodenním životem: vysvětlují, jak vzniká duha, jak fungují zrcadla, brýle nebo mikroskop, a také jak slyšíme zvuk.

Zvuk

Zvuk je mechanické vlnění, které vzniká kmitáním těles a šíří se prostředím jako střídání zhuštění a zředění částic.

Ve vzduchu se šíří rychlostí přibližně 340 m/s, proto nejdříve vidíš blesk a teprve potom slyšíš hrom. Ve vodě se zvuk šíří asi čtyřikrát rychleji a v pevných látkách (například v oceli) ještě výrazně rychleji. Ve vakuu se zvuk nešíří vůbec.

Výška tónu závisí na frekvenci kmitání. Lidské ucho vnímá přibližně frekvence od 20 Hz do 20 000 Hz. Zvuky s vyšší frekvencí nazýváme ultrazvuk – využívá se například v lékařství.

Světlo, odraz a lom

Světlo je elektromagnetické vlnění, které se ve vakuu šíří rychlostí přibližně 300 000 km/s.

Když světlo dopadne na rozhraní dvou prostředí, může se odrazit nebo lámat. Zákon odrazu říká, že úhel dopadu se rovná úhlu odrazu.

Lom světla nastává při přechodu světla z jednoho prostředí do druhého, kdy se mění jeho rychlost i směr. Proto se tužka ponořená do vody zdá být zlomená. Stejný jev způsobuje i vznik duhy – různé barvy světla se lámou pod různými úhly.

Lidské oko a optické přístroje

Lidské oko funguje jako optická soustava. Rohovka a čočka lámou světlo tak, aby se obraz vytvořil na sítnici – podobně jako u fotoaparátu.

Krátkozrakost a dalekozrakost vznikají tehdy, když se obraz netvoří přesně na sítnici. Tyto vady se korigují pomocí brýlí nebo kontaktních čoček.

Optické přístroje jako lupa, mikroskop nebo dalekohled zvětšují zorný úhel a umožňují ti vidět velmi malé nebo velmi vzdálené objekty.