Lekcia Periskop

Cieľ lekcie:

Žiaci sa dozvedia, čo je to periskop, na akom princípe funguje a na čo sa používa. Získané znalosti si overia na vlastnom modeli periskopu.

Opýtajte sa Vašich detí:

Čo je to svetlo a ako vzniká?
Dokážete pomenovať predmety od ktorých sa svetlo odráža?
Čo je to periskop?
Kde sa používa periskop?
Vďaka čomu ste sa v periskope videli?
Aký je princíp zrkadiel v periskope?
Poznáte ďalší prístroj, ktorý funguje na podobnom princípe?

Optika

Optika sa zaoberá skúmaním podstaty svetla a zákonitostí svetelných javov, ktoré vznikajú pri šírení svetla a pri vzájomnom pôsobení svetla a látky. Do optiky sa tiež zahŕňajú aj účinky svetelného žiarenia, ktoré je skúmané v chémii, biológii, lekárstve, psychológii... Optika patrí spolu s mechanikou k najstarším odborom fyziky. Súvisí to s tým, že človek získava zrakom viac ako 80 % informácií o svete. Optika umožnila preniknúť aj do oblasti, ktorá je pre ľudské oko nedostupná.

Optika
Obrázok Refraction Prism Optics od OpenClipartVectors [Public Domain] via Pixabay

Svetlo

Svetlo je priame elektromagnetické vlnenie, ktoré k svojmu šíreniu nepotrebuje žiadne látkové prostredie (šíri sa teda napr. vákuum). Rovnako ako iné druhy vlnenia, charakterizuje svetlo aj vlnová dĺžka. Ako svetlo sa označuje elektromagnetické vlnenie, na ktoré je citlivý ľudský zrakový orgán. Fyziologický vnem, nazývaný ako videnie, vyvoláva elektromagnetické vlnenie s vlnovou dĺžkou 390 nm až 790 nm.

Svetlo s rôznou frekvenciou vyvoláva u človeka rôzny vnem, ktorý charakterizujeme ako farbu svetla. Svetelný interval je vymedzený fialovou farbou (s vlnovou dĺžkou 390 nm) a červenou farbou (s vlnovou dĺžkou 790 nm). Toto vymedzenie je ale orientačné, pretože je ovplyvňované individuálnymi vlastnosťami ľudského zraku. Naviac najcitlivejšie je oko na žltozelenú farbu (s vlnovou dĺžkou 550 nm). Skladaním svetiel rôznych farieb sa zaoberá kolorimetria, ktorej poznatky sú dôležité napr. na prenos záznamu a reprodukcii signálu farebnej televízie...

Šírenie svetla

Šírenie svetla je ovplyvňované vlastnosťami prostredí, ktorými svetlo prechádza. Môžu nastať tieto prípady:

priechod svetla (takmer) bez zmeny – číre prostredia (sklo, voda ...)
absorpcia svetla – prejde len svetlo s určitou vlnovou dĺžkou (farebné filtre...)
rozptyl (disperzia) svetla – nepravidelne sa mení smer šírenia svetla (matné prostredie)
odraz svetla – svetlo prostredím neprechádza, ale odráža sa (zrkadlá...)

Látky ktorými svetlo prechádza označujeme ako optické prostredie. To môže byť:

priehľadné – prostredie v ktorom nedochádza k rozptylu svetla. Prostredie môže byť číre (sklo, voda...) alebo farebné (potom prepúšťa len svetlo niektorých vlnových dĺžok). Cez toto prostredie je vidieť.
priesvitné – svetlo sa prostredím šíri, ale z časti sa rozptyľuje (mliečne sklo, voda s mliekom...) Toto prostredie je možné „presvietiť“.
nepriehľadné – svetlo sa v ňom silno pohlcuje alebo sa na povrchu odráža.

Odraz svetla

Ak dopadá svetlo na rozhranie dvoch optických prostredí (s rôznym indexom lomu), potom sa čiastočne odráža a čiastočne prechádza z jedného prostredia do druhého. Tento jav nazývame odraz a lom svetla.

Zákon odrazu

Ak dopadá svetlo na rozhranie dvoch prostredí pod uhlom a, odráža sa s uhlom a'. Veľkosť uhlu odrazu a' sa rovná veľkosti uhlu dopadu a, tj. a = a'. Odrazený lúč leží v rovine dopadu. Pri odraze a lome svetla platí zákon vymeniteľnosti lúčov, teda dopadajúci a odrazený, poprípade dopadajúci a lomený lúč je možné vzájomne zameniť.

Periskop

Periskop je optické zariadenie, ktoré umožňuje výhľad zo zakrytého miesta. Periskop je optické zariadenie, ktoré umožňuje výhľad zo zakrytého miesta. Názov periskop pochádza z gréckeho slova, ktoré znamená „obzrieť sa“. Periskop umožňuje bočný posun prijímaného svetelného lúča a využíva odraz svetelných lúčov na rovinných zrkadlách. Periskop funguje na princípe vertikálneho tubusu na koncoch vybavený zrkadlami, ktoré sú naklonené pod uhlom 45°, a to tak aby odrážal vonkajší obraz. Lúč sa tak odráža od prvého zrkadla ku druhému a od neho sa potom dostáva ku pozorovateľovi. Obraz nie je prevrátený, pretože prevrátenie od jedného zrkadla sa vyruší odrazom od druhého. Najjednoduchší periskop je tvorený dvojicou zrkadiel, z ktorých prvý odráža svetelný lúč koľko k pôvodnému smeru a druhé späť do pôvodného smeru, len posunutý o vzdialenosť zrkadiel.

Princíp periskopu
A - Periskop s dvoma rovinnými zrkadlami
B - Periskop s dvoma hranolmi
1 - 2 - Zrkadlá
3 - 4 - Hranoly
5 - 6 - Oko pozorovateľa
7 - 8 - Tubus
H - Optická výš
Obrázok Simpleperiscopes od Tamasflex [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia commons

Použitie periskopu

Periskop sa používa predovšetkým vo vojenstve, kde umožňuje výhľad, aj bez toho aby bol pozorovateľ vystavený priamej streľbe. Je dôležitou súčasťou vybavenia ponoriek a bojových vozidiel, používa sa ale aj v ďalších oboroch.

Periskopy ponoriek

Ponorkový periskop je optická sústava, v ktorej je okrem zrkadiel aj sústava šošoviek. Tento typ periskopu nezmenšuje zorný uhol ani pri mnohometrovom posune lúča. Periskop používajú ponorky pri ponorení tesne pod hladinu. Je v nich ale naviac rada šošoviek, aby mohol periskop fungovať aj ako ďalekohľad.

Periskop v ponorce
Obrázok MOHAI Periscope od Kathleen Kennedy Knies [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia commons

Obraz v periskopu ponorky
Obrázok Up Persicope! od Joe HF [CC BY-SA 4.0] via Sketchport

Binokulárne delostrelecké zameriavacie systémy

Na princípe periskopu pracujú aj binokulárne delostrelecké zameriavacie systémy. Tieto systémy skladajú obraz s dvojice objektívov a na základe parely obrazov cieľ umožňujú určiť jeho vzdialenosť. Najväčšie systémy tohto druhu, vyrobené pre bojové lode mali základňu dlhú niekoľko metrov.

Pokiaľ Vás téma zaujala a chcete sa dozvedieť viac: