Skip to main content
JIŽ 13 LET S VÁMI VE SVĚTĚ CELOŽIVOTNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ!

Pět portfolií – Portfolio budoucího technika

Kategorie

Vzdělávací program učený pro nadané a pro vědu zapálené žáky 1. – 3. ročníku střední školy a odpovídající ročníky víceletých gymnázií (věk 13–18 let).

  • Rozsah programu: 6 workshopů v délce 4 hodiny (2 setkání v období květen–červen 2017, 4 setkání v období září–prosinec 2017)
  • Cena: ZDARMA (žáci si hradí pouze případné individuální náklady na dopravu do místa konání workshopů)
  • Místo konání: TOPTEC Turnov – středisko Akademie věd ČR
  • Aktuální termíny:
    • začátek v druhé polovině měsíce května 2017
    • konkrétní datumy setkání budou upřesněny později
  • Kontaktní osoba, přihlášky: Pavla Stará, e-mail: stara@vctu.cz, tel.: 734 570 273

PŘIHLÁSIT SE DO PROGRAMU


Obsah

Po stopách světla

První workshop si klade za cíl seznámit studenty se základními vlastnostmi světla. Představí pohled na světlo a jeho vnímání v různých historických obdobích počínaje antikou. Společně s průkopníky středověké a novověké optiky (např. Alhazen, Descart, Newton a spousta dalších) budou na základě experimentů objevovat základní vlastnosti světla od přímočarého šíření (camera obscura), lom a odraz (Snellův zákon) až po velký rozpor mezi korpuskulární a vlnovou teorií v 19. století. Na základě Youngova experimentu či difrakce budou demonstrovány vlnové vlastnosti světla a snahou bude vysvětlit principy vlnové optiky, především interference.

Barvy – zdánlivé i skutečné

Pomocí barev získáváme neustále důležité informace o světě kolem nás (dokážeme např. pohledem rozpoznat zralé ovoce, zelenou na semaforu, atd.). Člověk si, aniž by to tušil, barvy kolem různě upravuje a retušuje tak, jak mu velí jeho zkušenost. Existuje ale způsob, jak barvu světla (jeho spektrum) změřit přesně a získat tak celou řadu informací běžným okem nepostřehnutelných. Studenti se v rámci tohoto workshopu seznámí s vnímáním barev okem, ale také se způsobem, jak přesně (a přitom snadno) změřit spektrum světla. Díky tomu si budou moct například vyzkoušet, že bílé světlo, které nás denně obklopuje, může mít velmi mnoho rozličných podob.

Astronomie a základy pozorování

Astronomie - astron (hvězda) - nomos (zákon) je věda, která se zabývá jevy za hranicemi naší atmosféry. Zvláště zkoumá vesmírné děje i studuje vesmír jako celek. Nejvýznamnějším zdrojem o vesmíru je elektromagnetické záření. Pouze jeho úzkou pro nás viditelnou část nazýváme světlo. Existuje mnoho oborů astronomického pozorování. Nejstarší a nejdůležitější je optická astronomie využívající právě světlo.

V této kapitole workshopu se seznámíme s teorií vidění, potřebou nahradit nedokonalé oko optickým přístrojem - dalekohledem, zaměříme se na druhy astronomických dalekohledů užívaných v astronomii, principem optických vad (aberací) i historií vývoje astronomických přístrojů až do budoucnosti. Studenti se seznámí s principy praktické astronomie, které si mohou nacvičit přímo u hvězdářského dalekohledu.

Lasery a další zdroje světla

Vynález laseru je jeden z největších milníků minulého století. V pořadí pátý workshop se bude nejprve věnovat bezpečnosti práce s laserem. Dále se změří na princip, využití, typy a konstrukci laserů. Konstrukci i seřízení laseru si budou moci studenti sami vyzkoušet na Nd3+:YAG laserové stavebnici. V prvním kroku sestaví kontinuální laser emitující záření na 1064 nm, jehož přítomnost ověří pomocí scintilační desky. V druhém kroku sestaví laser pracující na druhé harmonické frekvenci s výstupním svazkem 532 nm. Budou diskutovány pojmy jako prahový proud, inverzní populace, atd. Laser je výjimečný kvůli vlastnostem emitovaného svazku, jako jsou např. malá rozbíhavost, monochromatičnost či jeho koherence. Všechny tyto vlastnosti budou experimentálně proměřeny a zkoumány pomocí moderních přístrojů a přístupů a porovnány s jinými světelnými zdroji. Na závěr budou studenti sestavovat pulzní laser, jehož pulzy změří pomocí citlivé fotodiody připojené na osciloskop.

Interferometry a jiné metry

Vlnová podstata světla se projevuje v několika fyzikálních efektech. Jedním z nich je i tzv. interference (skládání) dvou vlna či více a vytvoření interferenční struktury. Jelikož tato interferenční struktura (proužky) je velice citlivá na mnoho efektů (změna indexu lomu, změna vlnové délky, změna vzdálenosti, …) je možné užít tento interferenční jev pro měření mnoha fyzikálních vlastností. Příkladem takového užití je měření povrchů optických elementů, ultra přesné měření vzdáleností či měření koherenčních vlastností optických zdrojů. V rámci tohoto workshopu se seznámíme s interferometrií a s ní souvisejícími pojmy. Vysvětlíme si princip, řekneme si co je to interferenční struktura a co nám říká. Především se ale zaměříme na konstrukci a realizaci iinterferometru pro měření teplotních polí.

Holografie – záznam trojrozměrné informace

Jak zaznamenat trojrozměrnost scény? Klasická fotografie jak ji známe, nám umožňuje zaznamenat scénu jen ve dvou rozměrech. Prostorovost je zde ztracena a již není možné ji z jedné fotografie zpětně získat. Odpovědí na uvedenou otázku je užití principu holografie, jakožto metody, která nám umožňuje zachovat informaci o prostoru a tím umožnit reprodukci trojrozměrného vjemu. Důvod proč fotografie není schopna sama o sobě poskytnou informaci o prostoru, není ani tak skryt ve fotografickém záznamu jako spíše v typech záznamových materiálů, které nám jsou dostupné. Obecně užívané záznamové materiálu (např. fotografický film) jsou materiály necitlivé na prostorovou informaci a tedy nejsou ji pak ani schopny zaznamenat. Aby se obešlo toto omezení, přechází se od fotografie k holografii. Vlastní princip holografie je pak ve své podstatě velice jednoduchý a spočívá v převedení informace o prostorovosti na informaci (intenzitní), kterou jsme do dostupných materiálů schopni zaznamenat. V tomto díle workshopu se blíže zaměříme na holografii jakožto na metodu pro záznam 3D objektů. Představíme si jejích základní principy, uvedeme si jednotlivé typy a vysvětlíme jak zaznamenat hologram a na co si je nutné dát při záznamu pozor. Následně si prakticky ukážeme záznam jednoduchých holografických elementů, mřížek, a i složitější a komplexnějších scén.

Výstupy

V každém workshopu si studenti osvojí řadu znalostí a zajímavostí nad rámec běžné výuky. Získá představu o práci v optické laboratoři, fungování optických zařízení kolem nás a zpracování informací v těchto zařízeních. V rámci některých workshopů studenti také vyrobí jednoduchý výrobek (např. spektrometr použitelný s běžnou kamerou mobilního telefonu/počítače).

Lektoři

  • RNDr. Karel Žídek, Ph.D. – výzkumný pracovník v oblasti optiky, fotoniky a spektroskopie
  • RNDr. Petra Horodyská, Ph.D. – výzkumný pracovník v oblasti optiky, fotoniky a spektroskopie
  • Ing. Pavel Psota, Ph.D. – výzkumný pracovník v oblasti optiky, fotoniky a spektroskopie
  • Ing. Pavel Pintr, Ph.D. – výzkumný pracovník v oblasti optiky, fotoniky a spektroskopie
  • Ing. Ondřej Matoušek, Ph.D. – výzkumný pracovník v oblasti optiky, fotoniky a spektroskopie

Projekt je financován z dotace MŠMT, dotačního programu "Podpora nadaných žáků základních a středních škol v roce 2017", č.j. MSMT-23 019/2016-3, evid. č. 0041/7/NAD/2017.