Univerzalni projektor s optičkom klupom

Транскрипт

1 Univerzalni projektor s optičkom klupom Namjena uređaja: Projektor je univerzalni uređaj, predviđen za demonstriranje niza eksperimenata iz raznih područja nastave fizike u srednjim školama, srednjim stručnim školama, kao i nekih eksperimenata iz nastave fizike u višim školama. Projektorom se može vrlo pregledno prikazati izvedba i rad projekcionog izvora, mogu se vršiti demonstracioni eksperimenti s različitim priborom i dodacima razmještenim u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini. Mogu se projicirati dijapozitivi i demonstracioni eksperimenti iz geometrijske i fizikalne optike (spektri, pojave interferencije, difrakcije i polarizacije svjetlosti) Zbirka potrebnog pribora za demonstriranje interferencije, difrakcije i polarizacije svjetlosti, kao i svjetlosni izvor lučna svjetiljka i svjetiljka s plinskim izbojom SVDS-250 s uređajem za napajanje, isporučuju se posebno i ne pripadaju kompletu projektora. Izvedba uređaja: Komplet projektora sačinjavaju slijedeći osnovni dijelovi i elementi (Slika 1.): a. klupa (1) od dviju cijevi vodilica i skidljivih dijelova, koji omogućuju da se mijenja ukupni raspon elemenata od 500 do 900 mm; b. kućište rasvjetnog tijela (2) s uloškom u kojem su gnijezda za brzo i spretno montiranje i izmjenu izvora svjetlosti (električnih lampi); uložak ima mrežni kabel duljine 1,5 m; c. izvori svjetlosti: a) kinoprojekciona žarulja (3) K-18 (300 W, 220 V), ili K-12 (300 W, 220 V), b) automobilsku žarulju (4) A-20 (12 V, 21 W); d. rasklopiv kondenzor (6), od dvije leće, na stalku i posebnom jahaču, pomoću kojeg se kondenzor može pomicati duž klupe. Promjer leća kondenzora je mm; e. objektiv tipa Periskop (7) sa zakretnim zrcalom; glavna je žarišna daljina objektiva 136 mm, objektiv se na klupi namješta pomoću okvira na držaču i jahaču; f. dvostruki okvir za dijapozitive na zaslonu (8); ovaj se okvir može zakrenuti za 360, pa je moguće brzo namjestiti dijapozitive duljom ili kraćom stranom prema gore. Okvir je predviđen za staklene dijapozitive veličine 45 mm x 65 mm. Za vrijeme pokazivanja okvir se postavlja na jahač pomoću zaslona sa stalkom;

2 g. dijafragma (9), od okrugle ploče sa četiri otvora, na zaslonu i sa stalkom za učvršćenje na jahač; h. podesiva pukotina (10); pri eksperimentu pukotina se učvršćuje s druge strane zaslona s dijafragmom; i. stolić na stalku (11) za postavljanje različitih objekata (prizme, kivete, itd.); j. jahači (12) (5 komada). Od pet jahača dva su jednostavne, obične izvedbe i predviđeni su samo za nepomično učvršćenje objekata na nekom određenom mjestu klupe. Druga dva jahača omogućuju da se pomoću vijaka objekti malo pomiču u smjeru okomitom na glavnu optičku os kondenzora. Posljednji, peti jahač, daje, osim mogućnosti pomicanja poprečno na optičku os, i mogućnost pomicanja objekta po visini. On se, na primjer, upotrebljava za učvršćenje lučne lampe na klupu i reguliranje položaja svijetle mrlje prema kondenzoru; k. sklopivi zaslon (13), bijel s unutarnje i obojen s vanjske strane. Razvijen ima dimenzije 300 mm X 210 mm. Zaslon je predviđen da služi i kao ekran, da se na njemu dobije slika za vrijeme pripremanja demonstracionih eksperimenata. Osim toga, on se u nekim eksperimentima upotrebljava kao sjenilo za zaklanjanje projektora od auditorija jer dio svjetlosnih zraka, odbijajući se od različitih predmeta, može skretati prema učenicima i ometali im promatranje; l. dodatak za horizontalnu projekciju (14), s jednom plan-konveksnom lećom promjera mm i zrcalom. Tu se leća uzima za vrijeme horizontalnog projiciranja iz rasklopivog kondenzora (6). Izvori svjetlosti (žarulje) se stavljaju u kućište rasvjetnog tijela pomoću specijalnih podnožaka. Ti podnošci imaju na kraju dva izdanka ('bajonet' grlo), koji se umeću u grla unutar kućišta. Samo grlo se može, za neki kut, zakretati oko vertikalne osi. Pomicanje žarulje desno-lijevo i gore-dolje, s obzirom na optičku os, vrši se pomoću dva regulirajuća vijka na kućištu rasvjetnog tijela (a) i (b). Jedan se vijak nalazi desno-dolje, na kućištu, i služi za pomicanje žarulje duž horizontalnog smjera, a drugi dolje, ispod kućišta rasvjetnog tijela, i služi za pomicanje žarulje duž vertikalnog smjera (Slika 2.). Pripremanje projektora za rad: Najprije treba podesiti izvor svjetlosti. Kućište se rasvjetnog tijela, učvršćena na jednom kraju klupe, otklopi (v. sliku), u grlo se stavi žarulja i regulirajućim vijcima podesi se njen položaj tako da joj se žarna nit nalazi na glavnoj optičkoj osi kondenzora. Kondenzor se zatim pomiče po klupi prema kućištu, sve dok nit lampe ne bude približno u glavnom žarištu stražnje leće kondenzora (Slika 3.).

3 Ako se, nakon namještanja žarulje i pomicanja kondenzora, dobije na ekranu, pomoću objektiva, slika kruga (projekcija prednje leće kondenzora) jednoliko osvijetljena po cijeloj površini, žarulja je pravilno namještena. Na klupu se ovisno o vrsti eksperimenta, postavlja i drugi pribor (dijafragma, pukotina, okvir za dijapozitive itd.), u ovakvom ili onakvom redoslijedu, no svakako svi elementi u odnosu prema optičkoj osi kondenzora, moraju biti pravilno smješteni u jahačima. Po visini podešen, položaj potrebnih elemenata fiksira se pomoću zateznih prstena s vijcima (15) nasađenim na stalke. To kasnije znatno olakšava slaganje (različitih) drugih kombinacija elemenata. Pripremanje pribora za demonstraciju horizontalno smještenih objekata vrši se na slijedeći način. Nakon namještanja lampe u kućište rasvjetnog tijela izvadi se iz kondenzora prednja leća (ona je u tu svrhu umetnuta u poseban okvir), a na njega se navuče dodatak za horizontalnu projekciju; ranije izvađena leća umeće se u odgovarajuće gnijezdo iznad kondenzora. Zatim se na vertikalni držač natakne okvir s objektivom i zakretnom prizmom ili zrcalom i pritegne se vijkom (Slika 4 i 5).

4 Pri provjeravanju uređaja uključi se napajanje, a objektiv se vuče gore-dolje sve dok se gornja leća kondenzora ne projicira na ekranu kao jednoliko osvijetljeni krug. Ako nema električne mreže, kao izvor svjetlosti može služiti automobilska žarulja»a-20«, napona 6 V, (Slika 1. stavka 4) koja se napaja iz akumulatora ili iz suhih baterija. S takvim izvorom svjetlosti može se s uspjehom izvesti veći dio eksperimenata. Pokusi s projektorom Opisani univerzalni uređaj omogućuje postavljanje niza različitih eksperimenata, od kojih su neki ovdje navedeni. Prikazivanje vodoravnih predložaka. Na kondenzorsku leću uređaja, pripremljenog za horizontalno projiciranje, postavlja se potreban objekt* (* Da bi se leća sačuvala od ogrebotina, treba na nju prethodno položiti staklenu ploču.): pribor za demonstraciju modela Brownova gibanja (Slika 5.), ili kristalizator s vodom za promatranje promjene površinske napetosti, ili kada sa staklenim dnom za ilustraciju optjecanja tijela raznih oblika i sl. (Slika 7.) Na slici 6. prikazana je primjena za projekciju silnica el. Polja dobivenih pomoću pšenične krupice i ricinusovog ulja. Zatim se pomoću objektiva dobije na ekranu oštra slika svih pojedinosti projiciranog objekta. Prikazivanje uspravnih objekata. Na klupu projektora, pripremljenog za vertikalno projiciranje na način koji smo već opisali, postavlja se potreban pribor. Pomičući ga po klupi, postavimo ga prema kondenzoru tako da čitav bude osvijetljen. Poprečni presjek stošca svjetlosti, koji izlazi iz kondenzora, mora biti nešto veći od poprečnog presjeka objekta. Na klupu se zatim pomoću jahača postavlja objektiv i pomiče duž optičke osi kondenzora sve dok se na ekranu ne dobije oštra slika objekta. (Slika 10.)

5 Prizma za ravno gledanje okreće sliku dobivenu lećom tako da se predmet u projekciji vidi uspravno, koristi se kod projekcije kapilarne elevacije i depresije kao i drugih predložaka, a posebno je prikladna za prikaz spektra bijele svjetlosti (vidi shemu dolje). Prikazivanje dijapozitiva Različiti dijapozitivi mogu se također prikazati u vertikalnoj ravnini. U tu se svrhu, (Slika 8.), na jahač postavlja dvostruki okvir na zaslonu. Po istom načelu mogu se osim dijapozitiva pred kondenzor stavljati i drugi prozirni predmeti koje želimo projicirati. Tako se projicira kiveta za laminarno i turbulentno strujanje u tekućini. (Slika 11. i 12. )

6 Projekcijom pukotine kroz objektiv može se dobiti uski snop paralelnih zraka prikladan za pokuse na Hartlovoj ploči ili za prikaz prolaza svjetlosti kroz vodu (Slika 13. i 14.) Disperzija svjetlosti na prizmi Da bi se na ekranu dobio kontinuirani spektar, najprije se stavi uređaj prema shemi (Slika 16.), ali bez prizme, i na ekranu, koji se nalazi na položaju E 1, postigne se oštra slika pukotine. Zatim se pred objektiv na stolić postavi obična trostrana prizma od flint-stakla ili prizma za ravno gledanje.

7 U prvom se primjeru zrake svjetlosti, prošavši kroz prizmu, ne samo rastavljaju na boje, nego i otklanjaju od optičke osi. Zato se, za dobivanje slike spektra, mora ekran prenijeti u položaj E 2, na približno istu udaljenost od prizme kao i prije (Slika 15.). U drugom primjeru, kada se služimo prizmom za ravno gledanje, nije potrebno premještati ekran, ali čitav uređaj treba postaviti tako da se ekran dobro vidi iz auditorija. Vanjski izgled rasporeda elemenata za prikazivanje kontinuiranog spektra s trostranom prizmom prikazan je slikom. Pikazivanje linijskih spektara raspored ostaje isti kao što je malo prije opisano, ali se umjesto kino-žarulje za izvor svjetlosti uzima živina svjetiljka ili lučna svjetiljka s ugljenim elektrodama (Slika 17.). U ovom primjeru s električnim lukom na ekranu će se vidjeti kontinuirani spektar, a na njemu, kao pozadini, isticat će se jarke crte linijskog spektra. Treba imati na umu da se svi pokusi s disperzijom svjetlosti mnogo ljepše izvode s prizmom za ravno gledanje. Dijelovi lučne svjetiljke 1 vijci za pomicanje ugljena; 2 konusni zupčanici; 3 kotačić za razmak elektroda; 4 nosači elektroda; 5 stezaljke elektroda; 6 zakretni zglob; 7 šipka za učvršćenje na klupu; 8 - priključnice za el. napajanje Interferencija svjetlosti. Zbirka pribora potrebnog za demonstriranje interferencije i difrakcije svjetlosti isporučuje se posebno i ne pripadaju kompletu projektora. (Slika 19.) Zbirku čine - Newtonovi kolobari 1; - Fresnelova bi-prizma 2; - difrakciona rešetka od 50 ili 100 zareza/mm 3; - tanka nit na okviru 4; - podesiva pukotina 5; - dva nosača 6 na drvenoj ploči 6a.;

8 Interferencija na Fresnelovoj bi-prizmi Na slici 20. je prikazan postav pribora za prikazivanje interferencije svjetlosti s Fresnelovom biprizmom, a dolje je sam uređaj, koji slažemo slijedećim redom. Najprije, pomoću kondenzora moramo dobiti na površini pukotine, smještene na njegovoj glavnoj optičkoj osi, sliku izvora svjetlosti takve veličine da sva pukotina bude u potpunosti prekrivena jarkom svjetlećom mrljom. Zatim na udaljenosti mm od osvijetljene pukotine postavljamo biprizmu (pri tome klupu treba malo razvući), a iza nje ekran na udaljenosti od približno 1 m (Slika 21.). Brid biprizme mora biti strogo paralelan s pukotinom i mora ležati u istoj vertikalnoj ravnini s njom i s optičkom osi kondenzora kako bi plosnati snop zraka iz pukotine osvjetljavao samo rebro biprizme. Smanjujući širinu pukotine do 0,15 0,10 mm, dobit ćemo na ekranu interferencijsku sliku širine 1,5 2 cm. Pri tome nije preporučljivo postaviti ekran okomito na zrake svjetlosti, nego pod tupim kutom, kao što je crtkano prikazano na shemi. Tada će se slika»istegnuti«u širinu i pruge interferencije dobro će se vidjeti na ekranu. (Slika 22.) Uspjeh toga pokusa ovisi isključivo o pažljivom podešavanju rasporeda navedenih elemenata na klupi. Zato se i pukotina i biprizma moraju metnuti u jahače s regulacijskim vijcima. Bez mogućnosti ravnomjernog poprečnog pomicanja pukotine i biprizme, koje omogućava takav jahač, i bez istovremene mogućnosti okretanja biprizme s obzirom na optičku os u okviru u kojem je učvršćena, izvođenje ovog pokusa bilo bi vrlo otežano. Interferencijska slika Newtonovih kolobara može se prikazati čitavom auditoriju pomoću rasporeda elemenata prikazanog na slici u kojem je pomični dio klupe postavljen pod nekim kutom prema osnovnom dijelu (Slika 23.) Razmještaj se jasno vidi na slijedećoj shemi koja prikazuje čitav uređaj u ravnini (Slika 24. i 25.)

9 U tom pokusu mogu se istovremeno dobiti dvije slike Newtonovih kolo-bara, na dva ekrana, pri čemu je jedna slika u prolaznoj, a druga u reflektiranoj svjetlosti. Slike će se razlikovati po tome što će imati svijetle i tamne maksimume na različitim mjestima zbog skoka u fazi koji se događa pri refleksijivala od "čvrstog kraja (Slika 26.) Interferencija na tankim listićima Boje tankih listića mogu se projicirati tako da se načini postav kao za projekciju Newtonovih kolobara u reflektiranoj svjetlosti samo se umjesto kolobara postavi žičana petlja umočena u sapunicu. Petlju treba postaviti tako da reflektira svjetlost kroz objektiv i da se pod nju može podmetnuti čaša sa sapunicom. Dizanjem čaše petlja uranja i na njoj ostaje opna. (Slika 27.)

10 Interferencija na tankim listićima može se pokazati pomoću prizme uz koju je priljubljena crna pločica. Na slici se vidi put zraka svjetlosti i postav za projekciju. (Slika 28.). Slika 28. Difrakcija svjetlosti na niti Prikazivanje difrakcije svjetlosti na niti i na pukotini izvodi se analogno eksperimentu s bi-prizmom, nit (tanka vlas) smješta se na onom mjestu uređaja gdje je bio brid bi-prizme u prije opisanom pokusu (Slika 29. i 30.). Pri prikazivanju pojava interferencije i difrakcije svjetlosti neophodno je obratiti pažnju na potpuno zamračenje auditorija u kojem se izvode pokusi Difrakcija svjetlosti na pukotini Za ovaj pokus koriste se dvije pukotine postavljene n međusobnoj udaljenosti kako je to prikazano na shemi (Slika 31.).

11 Difrakcija svjetlosti na optičkim rešetkama Raspored pribora na klupi jednak je onome za prikazivanje disperzije svjetlosti, samo što se umjesto prizme pred objektiv stavlja difrakcijska rešetka s 50 ili 100 zareza na milimetar. Pri tome pukotina mora biti postavljena paralelno sa zarezima difrakcijske rešetke (Slika 32. i 33.). Polarizacija svjetlosti. Zbirka pribora potrebnog za demonstriranje polarizacije svjetlosti isporučuje se posebno i ne pripadaju kompletu projektora. Tu zbirku čine: par polarizatora 1; crno zrcalo 2; slog staklenih pločica 3; kristal islandskog dvolomca 4; preparat od celofana 5; metalni okvir s vijkom 6 model I- profila od pleksiglasa7;.model grede od pleksiglasa 8; U uređaju sastavljenom prema shemi (Slika 37.), među polaroidima je postavljen mali škripac s vijkom u kojem je stisnuta pločica od organskog stakla izrezana u obliku I-profila (Slika 35; 6-7.). Uz takav raspored objektiv postavljamo iza polaroida, da na ekranu dobijemo oštru sliku objekta osvijetljena pomoću kondenzora. Nakon toga, postepeno okrećemo jedan od polaroida u njegovu okviru. Na ekranu će se pojaviti raznobojna interferencijska slika polarizirane svjetlosti, prema kojoj se, na primjer, može zaključiti o raspodjeli naprezanja nastalih stezanjem pločice organskog stakla u škripcu (Slika 39.).

12 Dvolom svjetlosti prolaskom kroz anizotropni kristal U zbirci se nalazi predložak s komadom islandskog dvolomca nalijepljenog na prozirno staklo (Slika 35; 4.). Projekcija dijapozitiva s nekim tekstom kroz dvolomac pokazat će dvostruku sliku na zaslonu. (Slika 40.) Ordinarna i sporedna zraka Projekcijom otvora dijafragme kroz kristal dvolomca na zastoru se dobiju dvije slike otvora. Obje su zrake polarizirane što se može pokazati okretanjem polaroida ispred objektiva. Naizmjence će se zatamnjivati i osvjetljavati slike na zastoru (Slika 41.)

13 Brewsterov zakon polarizacije refleksijom Ako svjetlost obasjava neku plohu pod takvim kutom da je tangens tog kuta jednak indeksu loma sredstva od kojeg je načinjena ploha, tada će reflektirana zraka biti potpuno polarizirana. To se može pokazati postavom pribora kao na donjoj shemi (Slika 42.) Polarizacija prolazom kroz slog staklenih polčica Raspršenje svjetlosti na česticam koloidne otopine Slika Rayleighovog raspršenja na koloidnim česticama postiže se stavljanjem kivete s vodom koja je zamućena mlijekom. Promatranje kivete kroz polaroid pokazuje da je raspršena svjetlost polarizirana. Univerzalni projektor ima primjenu i za projekcije mikroskopskih slika: