mihaela kosmač barvni kolaž brez...
TRANSCRIPT
UNIVRZA V LJUBLJANI
PEDAGOŠKA FAKULTETA
Mihaela Kosmač
Barvni kolaž brez barvil
MAGISTRSKO DELO
LJUBLJANA, 2020
UNIVERZA V LJUBLJANI
PEDAGOŠKA FAKULTETA
Dvopredmetni učitelj: Matematika in fizika
Mihaela Kosmač
Mentorica: Prof. dr. Mojca Čepič
Barvni kolaž brez barvil
MAGISTRSKO DELO
LJUBLJANA, 2020
ZAHVALA
Za vso pomoč, vložen čas in strokovno vodenje pri izdelavi magistrskega dela se najlepše
zahvaljujem mentorici prof. dr. Mojci Čepič.
Iskrena hvala staršem, ki so mi bili v času študija v oporo, me spodbujali in verjeli vame.
Hvala možu Domnu in sinu Jakobu za potrpljenje in podporo ob nastajanju magistrskega dela.
Hvala vam.
POVZETEK
Ko med polarizatorja vstavimo predmet iz brezbarvne anizotropne snovi (npr. selotejp) in ga
sučemo, opazimo barve. Te lastnosti pojava umetniki izkoriščajo v likovni umetnosti. Metoda
je znana pod imenom »Polage art« oziroma barvni kolaž brez barvil. Z ustvarjanjem barvnih
kolažev, je v umetnosti zaslovela Austin W. Comarow, ki svoje umetnine razstavlja v
bostonskem naravoslovnem muzeju (Wood Comarow, 2020).
Slika 1: Na sliki je barvni kolaž umetnice Austin W. Comarow (Wood Comarow, 2020).
Pri ustvarjanju barvnega kolaža na brezbarvno optično izotropno podlago (npr. trda cvetličarska
folija) lepimo polarizator, brezbarvno anizotropno folijo (npr. selotejp), polarizator in zopet
brezbarvno anizotropno folijo. Pri lepljenju je pomembna medsebojna orientacija polarizatorjev
in prozornih anizotropnih folij, da vidimo eno sliko brez tretjega polarizatorja (slika 1a), drugo
pa z njim (slika 1c).
V magistrskem delu sem oblikovala zbirko aktivnosti, ki učitelju omogoča, da učencem
predstavi nabor eksperimentov, kjer učenci spoznavajo pod katerimi pogoji nastanejo barve pri
prehodu svetlobe skozi materiale, ki ne vsebujejo barvil. Z barvnimi kolaži lahko pri učencih
spodbudimo željo po razumevanju, kaj se zgodi s svetlobo, ki se širi skozi dvolomno snov.
Uporabo dvolomnih snovi srečamo vsakodnevno: v prikazovalnikih LCD, 3D očalih in v
merilnih napravah. Učencem bi s poučevanjem te vsebine približali delovanje nečesa, s čimer
se vsakodnevno srečujejo. Hkrati pa bi jim približali aktualnost in sodobnost fizike.
Za učiteljevo razumevanje fizikalnega ozadja eksperimenta sem v teoretičnem delu preučila:
polarizacijo svetlobe, anizotropne snovi in njihove lastnosti, dvolomnost, širjenje svetlobe v
dvolomni snovi ter nastanek barv pri prehodu svetlobe skozi optično anizotropno snov.
Teoretična razlaga fizikalnih pojavov je prepuščena kasnejši obravnavi v srednji šoli, saj je
glede na predznanje učencev v osnovni šoli razlaga prezahtevna.
V praktičnem delu sem sestavila zaporedje aktivnosti, ki vodijo do ideje, da so potrebni trije
polarizatorji in prozorne anizotropne folije, da lahko oblikujemo dve sliki v eni sami.
Pomembna je medsebojna orientacija polarizatorjev in folij, kar omogoči, da vidimo eno sliko
brez tretjega polarizatorja, drugo pa z njim. Učenci bodo z vodeno aktivnostjo načrtno raziskali
različne odvisnosti, pri čemer bo njihova naloga načrtovanje, postavljanje in preverjanje
napovedi ter oblikovanje končnih sklepov. Na podlagi teh aktivnosti bodo spoznali pod katerimi
pogoji nastanejo barve pri prehodu skozi materiale, ki ne vsebujejo barvil. Učenci se bodo na
izkustvenem nivoju seznanili s polarizacijo, anizotropijo in barvami. Za konec pa bodo sami
izdelali tudi barvni kolaž. Učna enota je namenjena učencem osmega ali devetega razreda. Za
izvedbo aktivnosti učitelj potrebuje približno pet šolskih ur. Ker se v razredu učitelj že tako
pogosto sreča s časovno stisko, predlagam izvedbo aktivnosti v okviru projektnega dela,
naravoslovnega dneva ali kot delavnico v okviru šole v naravi. Z nalogo sem želela ugotoviti,
ali je aktivnost primerna in obvladljiva na osnovnošolski ravni ter katera znanja in veščine
učenci usvojijo. Zanimala me je tudi časovna, materialna in organizacijska zahtevnost
predlagane dejavnosti. Zaradi razmer, v letošnjem šolskem letu zaradi COVID19 izvedba
aktivnosti in analiza nista bili izvedljivi.
Ključne besede: Polarizacija svetlobe, polarizator, anizotropna snov, dvolomnost, barvni kolaž
in komplementarne barve.
ABSTRACT
Colours can be observed if anisotropic material (eg. adhesive tape) is inserted between two
polarizers and rotated. Artist are using this optical phenomenon in their art. This type of art is
known as “Polage art”. Austin W. Comarow became famous for her polage art and she also
exhibits her work in Boston Museum of Natural History. For creating a polage one needs a
colourless anisotropic foil (eg. cellophane), on top of the basis one sticks a polarizer, a
colourless anisotropic foil (eg. adhesive tape), another polarizer and again a colourless
anisotropic foil. The orientation between the polarizer and the colourless anisotropic foil is the
reason one can see one image without the third polarizer and one through it. This work includes
a collection of tasks and experiments which can help teachers to discuss the formation of
colours in colourless materials with students. Students can be motivated by polage art in
understanding the phenomenon of light transition through a birefringent material. Birefringent
materials can be found in LCD screens, 3D glasses and in measuring devices. Content of this
work can be used in showing the physics in everyday use and to demonstrate how physics is
important in our lives.
The theoretical part includes a theory on polarization of light, anisotropic materials and their
properties, birefringence, propagation of light through birefringent materials and a creation of
colours when light passes through an anisotropic material. Theory serves as a help to a teacher
for understanding the background of experiments. Some elements of the theory could be
presented to students in high school, as the knowledge in primary school is not sufficient to
understand the physics in background.
Practical part presented in this work is a series of activities for students in the lower secondary
school. Those activities lead to understanding of creating two pictures in one by combining
three polarizers and transparent anisotropic materials. Students experientially learn about the
polarization, anisotropic and colours. Students learn that colours are observed when light
propagates through colourless material. Students learn about the importance of orientation of
anisotropic material between polarizers as orientation is the key why one picture can be seen
without a polarizer and one with an added polarizer. Through a guided activity, students
systematically explore various dependencies leading to the final task, that is to plan, set and
check predictions, and form final conclusions in preparation for the polage of their creation. At
the end of activities, they create their own polage art. This learning activity is suitable for
students in 8th or 9th grade of lower secondary school. There are about five school hours
required for a teacher to demonstrate activities described in my master's thesis. I suggest
implementing these activities in a type of project work, science day or as an activity in a field
work school.
One of the goals of the master's thesis was also to determine whether the activity is appropriate
and manageable at the lower secondary school level and what knowledge and skills students
acquire. I was also wondering how difficult it is to organise activities, how much time will I
need and what resources are required. Implementation and analysis of activities were not
possible in this school year due to the COVID 19 pandemic and a quarantine.
Key words:
Light polarization, polarizer, anisotropic material, birefringence, colour collage and
complementary colours.
KAZALO VSEBINE
1 UVOD ............................................................................................................ 1
2 TEORETIČNI DEL ..................................................................................... 3
2.1 ELEKTROMAGNETNO VALOVANJE IN POLARIZACIJA SVETLOBE ........... 3
2.2 ANIZOTROPNE IN IZOTROPNE SNOVI ................................................................ 5
2.2.1 OPTIČNO ANIZOTRIPNE SNOVI IN DVOLOMNOST .................................. 6
2.3 ŠIRJENJE SVETLOBE V DVOLOMNI SNOVI ....................................................... 9
2.1 BARVE PO PREHODU SKOZI OPTIČNO ANIZOTROPNO SNOV ................... 10
2.1.1 ANALIZA PREPUŠČENE SVETLOBE ........................................................... 10
2.1.2 BARVE .............................................................................................................. 15
2.1.3 ADITIVNO MEŠANJE BARV IN BARVNI PROSTOR CIE XYZ ................ 18
3 ZBIRKA DEJAVNOSTI ZA UČENCE ................................................... 22
3.1 NAMEN AKTIVNOSTI ........................................................................................... 22
3.2 BARVNI KOLAŽ ..................................................................................................... 23
3.3 PRIPOMOČKI ........................................................................................................... 24
3.3.1 POLARIZATOR ................................................................................................ 24
3.3.2 SELOTEJP ......................................................................................................... 29
3.3.3 PODLAGA ......................................................................................................... 30
3.4 AKTIVNOSTI ........................................................................................................... 30
3.4.1 AKTIVNOST 1 – PREPUSTNOST SVETLOBE PRI PREHODU SKOZI
POLARIZATOR .............................................................................................................. 30
3.4.2 AKTIVNOST 2 – OPTIČNO IZOTROPNE IN ANIZOTROPNE SNOVI ...... 36
3.4.3 AKTIVNOST 3 – SELOTEJP IN LASTNE OSI .............................................. 40
3.4.4 AKTIVNOST 4 – BARVA V ODVISNOSTI OD ŠTEVILA SLOJEV
SELOTEJPA (VZPOREDNIH, PRAVOKOTNIH) ........................................................ 42
3.4.5 AKTIVNOST 5 – OPAZOVANJE BARV S TRETJIM POLARIZATORJEM 45
3.4.6 AKTIVNOST 6 - IZDELAVA BARVNEGA KOLAŽA .................................. 49
4 ZAKLJUČEK ............................................................................................. 54
5 VIRI ............................................................................................................. 57
6 PRILOGE .................................................................................................... 58
6.1 DELOVNI LIST ........................................................................................................ 58
1
1 UVOD
Svet zaznavamo z različnimi čutili, med njimi je vid, ki nam omogoča zaznavanje barv okoli
nas. Bela svetloba je sestavljena iz spektra barv z različnimi valovnimi dolžinami. Ko svetloba
pade v oko, nastane barvni vtis. Spekter svetlobe, ki tak barvni vtis povzroča lahko analiziramo,
ko svetlobo razklonimo v barvne komponente (npr. pri prehodu svetlobe skozi prizmo).
Običajno zaznamo barve zaradi različnih barvil. Jopico modre barve, zaznamo modro, ker
vsebuje modro barvilo, ki dobro absorbira vse valovne dolžine svetlobe, modre pa v večjem
deležu odbije. V fiziki so še posebej zanimivi fizikalni pojavi, pri katerih zaznamo barve
predmetov iz snovi, ki ne vsebujejo barvil (odboj svetlobe na tankih plasteh - barve zaznamo
na milnem mehurčku ali plasti olja, ki plava na vodi; sipanje svetlobe - rdeče nebo ob sončnem
zahodu). V magistrski nalogi se ukvarjam z barvami, ki se pojavijo, ko med polarizatorja
vstavimo predmet iz brezbarvne anizotropne snovi (npr. selotejp) in jo sučemo (Edwards in
Langley, 1984). Oblikovala sem učno enoto, ki ta fizikalni pojav predstavi otrokom na zanimiv
način – z ustvarjanjem barvnih kolažev. Metoda je znana tudi v likovni umetnosti. Z njimi je
zaslovela Austine W. Comarow, ki svoje umetnine razstavlja v bostonskem naravoslovnem
muzeju (Dall`Agnoll in Engelsen, 2012).
Želja vsakega učitelja je učencem približati predmet poučevanja. Na dobri poti do tega cilja je
gotovo učitelj, ki želi v svoje poučevanje vnesti sodobno in aktualno vsebino. Fizika barv je
tema, ki je zanimiva, hkrati pa je lahko zelo kompleksna za osnovnošolsko obravnavo. Preko
vidnega čutila smo najtesneje povezani z izkustvenim svetom. Področje zaznavanja barv je
tema, ki je učencem blizu, jih zanima in motivira (Babič, 2016a). Učenci se v 8. razredu
osnovne šole seznanijo s svetlobo, kjer obravnavajo odbojni in lomni zakon, lastnosti leč,
preslikave z zbiralno lečo, camero obscuro in fizikalni model očesa. V devetem razredu je pod
vsebinski sklop Fizika in okolje zapisan operativni učni cilj, ki pravi, da naj učitelj izbere
sodobno napravo za katero meni, da bo učence zanimala, ter razloži njeno delovanje (Učni
načrt, 2011). Z barvnimi kolaži lahko pri učencih spodbudimo željo po razumevanju, kaj se
zgodi s svetlobo, ki se širi skozi dvolomno snov. Uporabo dvolomnih snovi srečamo
vsakodnevno: v prikazovalnikih LCD, 3D očalih in v zaslonih merilnih naprav. Učencem bi s
poučevanjem te vsebine približali delovanje nečesa, s čimer se vsakodnevno srečujejo. Hkrati
pa bi jim približali aktualnost in sodobnost fizike.
2
Za razumevanje fizikalnega ozadja eksperimenta v teoretičnem delu v 2. poglavju predstavim:
polarizacijo svetlobe, anizotropne snovi in njihove lastnosti, dvolomnost, širjenje svetlobe v
dvolomni snovi ter nastanek barv pri prehodu svetlobe skozi optično anizotropno snov.
V učnem načrtu je zapisano naj učenci z eksperimentalnim delom usvajajo nova spoznanja in
spoznavajo pomen fizikalnega znanja za tehnološki razvoj. Med splošnimi cilji je poudarek na
načrtovanju, izvajanju preprostih poskusov in raziskav, obdelovanju podatkov, analiziranju
rezultatov poskusov in oblikovanju sklepov. Učitelj naj pri pouku fizike razvije ključne
kompetence, kot so reševanje problemov in ustvarjalnost (Učni načrt, 2011). Menim, da bi z
aktivnostjo izdelovanja barvnih kolažev pripomogli k izboljšavi zgoraj naštetih kompetenc. Če
se učenci s tematiko prvič srečajo v razlagalni obliki, mora učitelj poskrbeti, da učenci pred
razlago pridobijo določene izkušnje. Učitelj to najlažje doseže s praktičnim delom in s poskusi,
pri katerih so učenci aktivno udeleženi. V praktičnem delu v 3. poglavju sestavim zaporedje
aktivnosti, ki vodijo do ideje, da so potrebni trije polarizatorji in prozorne anizotropne folije,
da lahko oblikujemo dve sliki v eni sami. Pomembna je medsebojna orientacija polarizatorjev
in folij, kar omogoči, da vidimo eno sliko brez tretjega polarizatorja, drugo pa z njim. Učenci z
vodeno aktivnostjo načrtno raziskujejo različne odvisnosti, pri čemer je njihova naloga
načrtovanje, postavljanje in preverjanje napovedi ter oblikovanje končnih sklepov. Na podlagi
teh aktivnosti spoznajo pod katerimi pogoji nastanejo barve pri prehodu skozi materiale, ki ne
vsebujejo barvil. Učenci se na izkustvenem nivoju seznanijo s polarizacijo, anizotropijo in
barvami. Za konec sami izdelajo enostaven barvni kolaž. Teoretična razlaga fizikalnih pojavov
je prepuščena kasnejši obravnavi v srednji šoli, saj je glede na predznanje učencev v osnovni
šoli razlaga prezahtevna. Nabor teh eksperimentov učiteljem olajša uvedbo nove tematike,
nastanka barv brez barvil. Ker se v razredu že tako pogosto srečamo s časovno stisko,
predlagam izvedbo aktivnosti v okviru projektnega dela, naravoslovnega dneva ali v šoli v
naravi. Z nalogo sem želela ugotoviti, ali je aktivnost primerna in obvladljiva na osnovnošolski
ravni ter katera znanja in veščine učenci usvojijo. Zanimala me je tudi časovna, materialna in
organizacijska zahtevnost predlagane dejavnosti. Zaradi razmer, v letošnjem šolskem letu
zaradi COVID19 izvedba aktivnosti in analiza nista bili izvedljivi.
V 4. poglavju so zbrane zaključne misli in ugotovitve. V 5. poglavju je zbrana uporabljena
literatura, v 6. poglavju pa so dodane priloge.
3
2 TEORETIČNI DEL
2.1 ELEKTROMAGNETNO VALOVANJE IN POLARIZACIJA
SVETLOBE
Svetloba je elektromagnetno (EM) valovanje, kjer električno (E) in magnetno (B) polje nihata
v med seboj pravokotni smeri, pravokotno na smer širjenja valovanja (slika 2).
Slika 2: Svetloba je elektromagnetno valovanje (Drašković, 2012).
V vakumu je hitrost širjenja valovanja enaka za vse valovne dolžine, hitrost v vakumu označimo
s 𝑐0 in je enaka 𝑐0 = 3 ∙ 108 m/s. Frekvenco (υ), valovno dolžino (𝜆) in hitrost širjenja
valovanja (c) povezuje enačba: 𝑐0 = 𝜐𝜆. Valovna dolžina je dolžina enega vala (npr. razdalja
med dvema grebenoma ali dolinama). Frekvenca je določena s številom ponavljajočih se
dogodkov v časovni enoti. Pri širjenju valovanja skozi različne medije ostaja frekvenca
konstantna, spremenita pa se hitrost in valovna dolžina. V snovi hitrost valovanja določa lomni
količnik (n): 𝑛 =𝑐0
𝑣. Lomni količnik je določen z dielektrično konstanto medija (ε): 𝑛 = √휀.
Pri anizotropnih snoveh, ki jih obravnavam v nadaljevanju, je lomni količnik odvisen od smeri
širjenja svetlobe v snovi. Vidna svetloba, ki jo zaznamo s prostim očesom, zavzema področje
EM spektra od 380 nm (vijolična) do 780 nm (rdeča) (Strnad, 2018).
Svetloba je lahko nepolarizirana, delno polarizirana ali polarizirana. Vsaka svetloba, za katero
lahko v valovanju natančno opredelimo odvisnost električnega in magnetnega polja od časa in
kraja, je polarizirana. Polarizacijsko stanje svetlobe je lahko linearno, eliptično ali krožno.
Svetlobo polariziramo z uporabo polarizatorja. Polarizator gradijo dolge ogljikovodikove
verige, ki so orientirane pretežno v eni smeri. Električno polje vzdolž verige se močneje
absorbira, pravokotno na verige pa šibkeje. Če je razmerje med absorpcijskima koeficientoma
veliko, je svetloba po prehodu skozi polarizator linearno polarizirana v smeri šibkejše
absorpcije. Smer polarizacije svetlobe, ki jo polarizacijska folija oziroma polarizator prepušča
imenujemo prepustna smer polarizatorja (Pečar, 2016). V nadaljevanju bomo obravnavali zgolj
4
linearni polarizator (v nadaljevanju samo polarizator), ki nepolarizirano svetlobo spremeni v
linearno polarizirano (slika 3).
Slika 3:Na polarizator (kvader) vpada svetloba, ki jo razstavimo na dve lastni valovanji (na sliki rdeče in zeleno valovanje) z
med seboj pravokotnima linearnima polarizacijama . Pri valovanju, ki je na sliki označeno z zeleno, niha vektor električnega
polja vzdolž verige molekul in se močno absorbira. Pri valovanju, ki je na sliki označeno z rdečo, vektor električnega polja
niha pravokotno na verige molekul in se zato absorbira precej manj. Valovanje je po prehodu skozi polarizator linearno
polarizirano v smeri šibkejše absorpcije oziroma v prepustni smeri (Emanim, 2020).
Človeško oko ne zazna razlike med nepolarizirano svetlobo, ki vpada na polarizator, in
polarizirano svetlobo, ki prehaja skozi polarizator in anizotropni vzorec. Zato polarizirano
svetlobo analiziramo z dodatnim polarizatorjem, ki ga imenujemo analizator (Pečar, 2016).
Jakost svetlobe pri prehodu skozi analizator se spreminja s kotom med prepustnima smerema
polarizatorjev (slika 4). Ko sta prepusti smeri polarizatorjev vzporedni (vzporedna
polarizatorja) χ = 0°, je gostota svetlobnega toka po prehodu skozi polarizator največja (slika
4a). Ko sta prepustni smeri polarizatorjev pravokotni (prekrižana polarizatorja) χ = 90° se
svetloba polarizirana na prvem polarizatorju, na drugem absorbira. Gostota svetlobnega toka
po prehodu skozi prekrižana polarizatorja je enaka nič (slika 4c). S spreminjanjem kota χ med
prepustnima smerema polarizatorjev od 0° do 90°, gostota svetlobnega toka po prehodu skozi
analizator pada z naraščajočim kotom po Malusovem zakonu:
𝑗 = 𝑗0𝑐𝑜𝑠2𝜒
(1)
5
Slika 4: Svetloba je po prehodu skozi polarizator linearno polarizirana prečno na smer širjenja valovanja. Linearno
polarizirana svetloba vpada na analizator (kvader). Absorpcijski koeficient v smeri polarizacije vpadnega valovanja je v
analizatorju enak 0. Prepustna smer analizatorja je zato vzporedna smeri polarizacije vpadnega valovanja oziroma prepustni
smeri polarizatorja. Pravimo, da sta polarizatorja vzporedna. V tem primeru je gostota prepuščenega svetlobnega toka skozi
analizator enaka gostoti svetlobnega toka, ki vpada na analizator (a). Absorpcijski koeficient v smeri polarizacije vpadnega
valovanja je v analizatorju med 0 in 1. Prepustna smer analizatorja je med 0° in 90° glede na prepustno smer polarizatorja.
Gostota svetlobnega toka po prehodu skozi analizator pada z naraščajočim kotom od 0° do 90° (b). Absorpcijski koeficient v
smeri polarizacije vpadnega valovanja je v analizatorju enak 1. Prepustna smer analizatorja je pravokotna smeri polarizacije
vpadnega valovanja. Pravimo, da sta polarizatorja prekrižana. V tem primeru je gostota prepuščenega svetlobnega toka skozi
polarizator enaka nič (c) (Emanim, 2020).
V podpoglavjih poglavja 3.3 je predstavljeno rokovanje s polarizatorjem, določanje prepustne
smeri polarizatorja na dva različna načina in opazovanje svetlobe skozi polarizatorja v
odvisnosti od kota med njunima prepustnima smerema. V poglavju 3.4.1 so predstavljene
aktivnosti, kjer se učenci na izkustvenem nivoju seznanijo s prepustnostjo svetlobe pri prehodu
skozi polarizator in polarizatorja.
2.2 ANIZOTROPNE IN IZOTROPNE SNOVI
Snov je izotropna, ko so odzivi predmeta iz take snovi na zunanje vplive neodvisni od smeri v
prostoru (npr. lomni količnik stekla, elastičnost gume). V naravi ima večina materialov zaradi
notranje urejenosti osnovnih gradnikov oziroma celic različne lastnosti v različnih smereh (npr.
toplotna prevodnost lesa vzdolž in prečno na žile). Te snovi imenujemo anizotropne snovi (npr.
lepilni trak, celofan, tekoči kristali). Anizotropija se v snoveh pojavi tudi zaradi umetnih ali
zunanjih vplivov, (npr. električno polje v tekoče - kristalnih snoveh), pri mehanski obremenitvi
ali zaradi narave industrijske proizvodnje materiala (npr. vlečenje plastike). Zaradi notranje
strukture se anizotropne snovi v različnih smereh različno odzivajo na zunanje vplive, npr. silo,
električno polje itd. Enostaven model prikaza anizotropnih lastnosti je opazovanje raztezka
pletenine v različnih smereh glede na smer pletenje (slika 5). Pleteni vzorci se raztezajo
različno, ko so obremenjeni z enako silo, ki deluje pod različnim kotom glede na smer pletenja
(Čepič, 2012).
6
Slika 5: Obremenjevanje vzorca pletenine vzdolž smeri pletenja, pod kotom 45° glede na smer pletenja in pravokotno na
smer pletenja (Čepič, 2012).
V naslednjem poglavju so predstavljene optično izotropne in optično anizotropne snovi.
2.2.1 OPTIČNO ANIZOTRIPNE SNOVI IN DVOLOMNOST
Snov je optično izotropna, ko so njene optične lastnosti v vseh smereh enake. Optično izotropne
snovi opišemo z enim lomnim količnikom. Na hitrost širjenja svetlobe skozi izotropno snov ne
vpliva smer širjenja ali polarizacija. Drugače pa je z optično anizotropno snovjo. Optično
anizotropne snovi v različnih smereh različno vplivajo na širjenje svetlobe. Optično
anizotropno snov (obravnavali bomo zgolj enoosno optično anizotropno snov) opišemo z
dvema lomnima količnikoma v pravokotnih si smereh – rednim (𝑛0) in izrednim (𝑛𝑒) lomnim
količnikom. Smeri v kateri sta oba lomna količnika za obe polarizaciji enaka, imenujemo
optična os. Hitrost valovanja, ki se širi vzdolž optične osi, je tako neodvisna od polarizacije.
Svetloba je po prehodu skozi prvi polarizator linearno polarizirana. Linearno polarizirana
svetloba vpade na anizotropni vzorec, kjer se v splošnem razdeli na dva linearno polarizirana
delna vala s pravokotnima polarizacijama različnih hitrosti in s tem različnih lomnih količnikov.
Ti dve valovanji imenujemo delni ali lastni valovanji, pojav imenujemo linearni dvojni lom.
Optično anizotropne snovi zato imenujemo tudi dvolomne. Smer polarizacije v posameznem
curku določa zgradba snovi, hitrost širjenja svetlobe v posameznem curku pa smer širjena
valovanja (Pečar, 2016).
Ko se valovanje širi pravokotno na optično os, sta delni valovanji polarizirani vzporedno in
pravokotno na optično os. Za curek, ki je polariziran pravokotno na optično os, je hitrost
svetlobe odvisna od rednega lomnega količnika, ki ga označimo z 𝑛0. Ta curek imenujemo
redni curek, zanj velja, da je hitrost širjenja polarizirane svetlobe neodvisna od smeri, torej tako
kot da je snov izotropna. Svetloba, ki je polarizirana vzporedno z optično osjo, se razširja skozi
snov s hitrostjo, ki je odvisna od izrednega lomnega količnika, ki ga označimo z 𝑛𝑒. V
anizotropnih snoveh definiramo dvolomnost, ki je določena kot razlika med ekstremnima
vrednostma smerno odvisnega lomnega količnika (𝑛𝑒) in smerno neodvisnega lomnega
količnika (𝑛0) (Babič in Čepič, 2009):
7
𝛥𝑛 = 𝑛𝑒 − 𝑛0.
(2)
Preprost model anizotropne snovi, je model dvolomnega kristala, ki ga izdelamo iz plastičnih
valjev z distančniki. Ta model je dober prikaz, kako različne polarizacije svetlobe vidijo
»molekule« v kristalu (slika 6). Ko opazujemo model v določeni smeri je videti, da so
»molekule« v vseh smereh enake dimenzije in so videti kot krogci, v drugi smeri pa kot
pravokotniki. Ko opazujemo model dvolomnega kristala tako, da vidimo samo krogce
opazujemo model vzdolž optične osi (slika 7). Ko pa opazujemo tako, da vidimo samo
pravokotnike opazujemo model pravokotno na optično os (slika 8) (Babič, 2016a).
Slika 6: Na slikah je prikazan model dvolomnega kristala, ki je sestavljen iz sivih plastičnih valjev - distančnikov. Pogled vzdolž
optične osi – kristal je videti izotropen (slika 6a), pogled pravokotno na optično os pa je prikazan na sliki 6b (Babič, 2009).
Slika 7: Vpadni val razstavimo na dva pravokotno polarizirana vala. Kristal je vzdolž optične osi videti izotropen, zato je
prehod obeh polariziranih valov simetrično enak in ni razlik med polarizacijama. Polarizaciji ne »vidita« razlik med
molekulami (Babič, 2009).
8
Slika 8: Vpadni val prehaja skozi kristal pravokotno na optično os. Polariziran val (modri val) »vidi« le debelino molekul,
medtem ko njegov pravokotno polariziran val (rdeč val) »vidi« drugačne lastnosti molekul in se posledično širi drugače skozi
kristal (Babič, 2009).
Na sliki 9 vidimo vpadno linearno polarizirano valovanje, ki se širi pravokotno na optično os.
Vpadna svetloba se po prehodu v anizotropni vzorec razcepi v dva polarizirana delna vala s
pravokotnima polarizacijama, ki se širita vzporedno oziroma pravokotno glede na optično os.
V smeri osi u oziroma pravokotno na optično os potuje redni žarek, katerega hitrost je enaka 𝑐0
𝑛0. V smeri osi v oziroma vzporedno z optično osjo potuje izredni žarek, katerega hitrost je
enka 𝑐0
𝑛𝑒. Ob izstopu iz anizotropne snovi se fazi posameznih polarizacij načeloma ne ujameta,
zato pride do pojava fazne razlike med delnima valoma.
Slika 9: Na sliki so prikazane lastne osi u in v dvolomnega vzorca. Glavni osi vzorca sta v splošnem zasukani za nek kot α.
Lastne osi vzorca so glede na os y zasukane za kot α glede na smer laboratorijskega opazovanega sistema. Svetloba, ki vpada
na vzorec je linearno polarizirana vzdolž osi y (Babič in Čepič, 2009).
Električno polje v vpadnem valovanju svetlobe predstavimo kot linearno polariziran val vzdolž
osi (y). Glavni osi vzorca (u in v) sta v splošnem zasukani za nek kot (α) glede na smer
laboratorijskega opazovanega sistema. Glavni osi vzorca določimo na naslednji način. Med
prekrižana polarizatorja vstavimo anizotropni vzorec. V primeru, ko je eden od polarizatorjev
vzporeden z eno od polarizacij lastnih valovanj v vzorcu, se polarizacija svetlobe pri prehodu
skozi vzorec ne spremeni in analizator jo absorbira. Smeri obeh lastnih valovanj vzorca tedaj
sovpadata s prepustnima smerema polarizatorja in analizatorja (Pečar, 2016).
V poglavju 2.4.2 je prikazano spreminjanja lastnosti svetlobe (barva, intenziteta) pri prehodu
skozi optično anizotropne snovi. V poglavju 2.4.3 je prikazano, kako določimo lastne osi
selotejpa. Učenec spozna, da najbolj intenzivno barvo vidimo, ko ena izmed lastnih osi selotejpa
9
oklepa kot 45° s prepustno smerjo enega izmed polarizatorjev. Širjenje svetlobe v dvolomni
snovi in nastanek fazne razlike med delnima valoma je podrobneje predstavljeno v naslednjem
poglavju.
2.3 ŠIRJENJE SVETLOBE V DVOLOMNI SNOVI
Na sliki 10 je shema prikaza eksperimenta za preučevanje učinkov anizotropnega materiala na
polarizacijo svetlobe. Dvojne puščice prikazujejo prepustno smer polarizatorja (P) in analizator
(A). Svetloba se v anizotropnem materialu razcepi na dva delna curka polarizirana vzdolž x in
y osi. Karakteristična elipsa E prikazuje polarizacijsko stanje svetlobe po prehodu skozi
polarizator in anizotropni vzorec (Pečar in Čepič, 2014).
Slika 10: Shematični prikaz eksperimentalne postavitve anizotropnega vzorca med polarizatorjema (Pečar in Čepič, 2014).
Slika 11: Shema postavitve v smeri osi z (Pečar in Čepič, 2014).
Koordinatni sistem postavimo tako, da se elektromagnetno valovanje širi v smeri osi z, osi x in
y ustrezata smerema lastnih osi vzorca. Os x sovpada s smerjo polarizacije izrednega žarka
(𝑛𝑒), os y pa s smerjo polarizacije rednega žarka (𝑛0) (slika 11).
Po prehodu skozi anizotropno snov imata elektromagnetni valovanji enako valovno dolžino, v
splošnem pa se razlikujeta v fazi in amplitudi:
10
𝐸 ⃗⃗ ⃗(𝑟 , 𝑡) = {𝐸0𝑐𝑜𝑠𝜑 cos(𝜔𝑡 − 𝑘𝑧 − 𝛿𝑥), 𝐸0 sin𝜑 cos(𝜔𝑡 − 𝑘𝑧 − 𝛿𝑦)
(3)
Kot φ določa smer linearne polarizacije vpadne svetlobe in kot med prepustno smerjo
polarizatorja in osjo x. Kot χ je kot med prepustno smerjo polarizatorja in analizatorja. Ker
imata različno polarizirani valovanji različni fazni hitrosti in zato različni optični poti, imata ob
izhodu iz snovi različni fazi.
Jakost električnega polja zapišemo:
𝐸 ⃗⃗ ⃗(𝑟 , 𝑡) = {𝐸0𝑐𝑜𝑠𝜑 cos(𝜔𝑡 − 𝑘𝑧), 𝐸0 sin𝜑 cos(𝜔𝑡 − 𝑘𝑧 − 𝛿)
(4)
V enačbi velja: 𝛿 = 𝛿𝑦 − 𝛿𝑥, kjer δ imenujemo fazna razlika med delnima curkoma.
Fazno razliko (δ) zapišemo:
𝛿 = 𝑘𝑥𝑑 − 𝑘𝑦𝑑
(5)
𝛿 =2𝜋
𝜆𝑑(𝑛0 − 𝑛𝑒)
(6)
Fazna razlika je odvisna od valovne dolžine vpadne svetlobe, debeline anizotropne snovi (d) in
razlike lomnih količnikov oziroma dvolomnosti. Kakšno bo polarizacijsko stanje svetlobe po
prehodu skozi dvolomno snov je odvisno od fazne razlike in od kota φ, ki določa amplitudi
električnega polja vzdolž lastnih smeri anizotropne snovi v delnih valovanjih.
2.1 BARVE PO PREHODU SKOZI OPTIČNO ANIZOTROPNO SNOV
2.1.1 ANALIZA PREPUŠČENE SVETLOBE
V našem primeru bomo opazovali prehod svetlobe skozi nekakšen sendvič iz polarizatorja,
dvolomne snovi (selotejp) in analizatorja. Polarizator poskrbi, da na dvolomno plast vpada
linearno polarizirana svetloba z gostoto svetlobnega toka 𝑗:
11
𝑗 = 1
2휀휀0𝑐0𝐸
2
(7)
Z 𝑗0 v nadaljevanju označujemo gostoto svetlobnega toka po prehodu skozi prvi polarizator.
Gostota svetlobnega toka po prehodu skozi polarizator je odvisna od fazne razlike (δ), ki ju
posamezni komponenti polarizacije pridelata med prehodom skozi dvolomno snov, od kota
med prepustno smerjo polarizatorja in lastno osjo vzorca (φ), ter od kota med prepustno smerjo
polarizatorja in analizatorja (χ). Prepuščeni svetlobni curek je vsota obeh komponent
polarizacij, vsota ni več nujno linearno polarizirano valovanje, saj se med pravokotnima si
komponentama pojavi fazna razlika. Svetloba je zato ob izstopu iz dvolomne plasti v splošnem
eliptično polarizirana. Krožna in linearno polarizirana svetloba nastane v posebnih primerih, ko
ima vzorec določeno debelino in orientacijo. Na drugem polarizatorju (analizatorju) se svetloba
glede na polarizacijo različno absorbira (Pečar, 2016). Na spodnji sliki so prikazana nekatera
polarizacijska stanja polarizacije po prehodu iz dvolomne snovi.
Slika 12: Karakteristične elipse za eliptično polarizacijo svetlobe v odvisnosti od kotov φ in δ (Pečar in Čepič, 2014).
V splošnem je svetloba po prehodu skozi dvolomni vzorec eliptično polarizirana. V tem primeru
sta amplitudi jakosti električnega polja komponent 𝐸𝑥 in 𝐸𝑦 različni, fazna razlika pa je
poljubna (slika 13). Eliptično polarizirano valovanje ponazorimo z vrtenjem vektorja jakosti
električnega polja v prostoru. Konica vektorja jakosti električnega polja opisuje elipso v
ravnini, ki je pravokotna na smer razširjanja.
Eliptično polarizirano valovanje zapišemo:
12
𝐸𝑥 = 𝐸0𝑥 cos(𝑘𝑧 − 𝜔𝑡)
(8)
𝐸𝑦 = 𝐸0𝑦 cos(𝑘𝑧 − 𝜔𝑡 ± 𝛿)
(9)
Slika 13: Po prehodu skozi dvolomni vzorec je svetloba eliptično polarizirana (Emanim, 2020).
Valovanje vzdolž osi y lahko prehiteva (+) ali zaostaja (-) za valovanjem vzdolž osi x. Poseben
primer eliptično polariziranega valovanja je krožno polarizirano valovanje.
Poseben primer eliptično polariziranega valovanja je krožno polarizirano valovanje. Da je
svetloba po prehodu skozi dvolomni vzorec krožno polarizirana mora biti φ = 𝜋
4, fazna razlika
med komponentama pa lihi večkratnik 𝛿 = (2k + 1)𝜋
2 (slika 14). Amplitudi jakosti
električnega polja sta enaki. Analizator v tem primeru prepusti 50 % vpadne svetlobe.
Anizotropni vzorec, ki omogoča tako fazno razliko imenujemo lambda - četrtinska ploščica ali
𝜆
4 ploščica.
Krožno polarizirano valovanje zapišemo:
𝐸𝑥 = 𝐸0𝑥 cos(𝑘𝑧 − 𝜔𝑡) = 𝐸0 cos(𝑘𝑧 − 𝜔𝑡)
(10)
𝐸𝑦 = 𝐸0𝑦 cos(𝑘𝑧 − 𝜔𝑡 ± 𝛿) = ±Esin(𝑘𝑧 − 𝜔𝑡)
(11)
Konica vektorja jakosti električnega polja opisuje krog.
13
Slika 14: Po prehodu svetlobe skozi anizotropni vzorec je svetloba krožno polarizirana (Emanim, 2020).
V primeru, ko ena komponenta prehiteva oziroma zaostaja za natanko π oziroma za lihi
večkratnik je 𝛿 = (2𝑘 + 1) 𝜋, je valovanje linearno polarizirano (slika 15). Anizotropni vzorec,
ki omogoča fazno razliko za valovno dolžino λ imenujemo lambda polovična ploščica ali krajše
𝜆
2 ploščica. Za sode večkratnike je δ = 2kπ, je svetloba po prehodu anizotropne snovi linearno
polarizirana v isti smeri kot svetloba po prehodu polarizatorja pred anizotropno snovjo.
Linearno polarizirano valovanje zapišemo:
𝐸𝑥 = 𝐸0𝑥 cos(𝑘𝑧 − 𝜔𝑡)
(12)
𝐸𝑦 = 𝐸0𝑦 cos(𝑘𝑧 − 𝜔𝑡 ± 𝜋) = ±𝐸0𝑦 cos(𝑘𝑧 − 𝜔𝑡)
(13)
Slika 15:Po prehodu svetlobe skozi anizotropni vzorec je svetloba linearno polarizirana (Emanim).
Linearno polarizirano valovanje ponazorimo z daljico, katere polovična dolžina ponazarja
amplitudi električnega polja po prehodu skozi snov (Pečar, 2016).
14
V praktičnem delu bomo vzorec (selotejp) pri izdelovanju barvnega kolaža lepili med
vzporedna ali prekrižana polarizatorja, pri čemer je ena od lastnih osi vzorca nagnjene pod
kotom 45 ° (φ = 45°) glede na prepustno smer enega od polarizatorjev. Na sliki 16 je prikazana
prepustnost svetlobe skozi sistem vzporednih in prekrižanih polarizatorjev. Med njiju vstavimo
vzorec, ki ga sučemo od 0° do 160°. Vzorec je na začetku meritve nagnjen pod kotom 45° (φ =
45°) glede na smer vpadne polarizacije.
Slika 16:Vzorec med polarizatorjema sučemo od 0° do 160° in merimo intenziteto svetlobe, ki preide skozi analizator. Vzorec
je v okvir vpet tako, da je glavna os ob začetku meritve nagnjena pod kotom 45° glede na smer polarizacije. Na sliki je prikazana
intenziteta prepuščene svetlobe pri vzporednih (𝐼ǁ) in prekrižanih polarizatorjih - 90° (𝐼⊥). (Babič in Čepič, 2009).
Iz slike 16 opazimo, da v primeru, ko sta polarizatorja vzporedna oziroma pravokotna dobimo
periodične maksimume in minimume. Maksimalna oziroma minimalna prepustnost
polarizatorjev je dosežena, ko je kot φ = 45°.
Prepustnost vzorca med vzporednima polarizatorjema (𝑗ǁ) pri kotu φ = 45° zapišemo, kot:
𝑗ǁ𝑗0
∝1
4 (1 + cos(𝛿)) =
1
4 (1 + cos(
2𝜋𝑑
𝜆𝛥𝑛))
(14)
Prepuščen svetlobni tok je odvisen od fazne razlike, ki se zaradi dvolomnosti ustvari v vzorcu.
Ko imamo lastne osi vzorca pod kotom φ = 45° glede na prepustno smer ene od polarizatorjev,
veljajo v primeru vzporednih prekrižanih polarizatorjev spodaj opisane zakonitosti, ki jih
razberemo s slike 14.
Ko je fazna razlika enaka polovici nihaja oziroma je delta lihi večkratnik 𝛿 = 𝛥𝑘𝑑 =
(2𝑘 + 1)𝜋, je svetloba po prehodu iz dvolomne snovi polarizirana pravokotno na prepustno
smer analizatorja in skozenj ne prodre nič svetlobe. Ko je fazna razlika enaka celemu nihaju
oziroma je delta sodi večkratnik je 𝛿 = 𝛥𝑘𝑑 = 2𝑘𝜋, sta posamezni komponenti polarizacije
15
zopet v fazi in prepuščena svetloba je polarizirana v prepustni smeri analizatorja. Množina
prepuščene svetlobe je zato enaka množini vpadne svetlobe. Vzorec je v tem primeru 100 %
prepusten.
Prepustnost vzorca, ki jo prepušča polarizatorju pravokoten analizator (𝑗⊥), pri kotu φ = 45°
zapišemo, kot
𝑗⊥
𝑗0∝
1
4 (1 − cos(𝛥𝛿)) =
1
4 (1 − cos(
2𝜋𝑑
𝜆𝛥𝑛))
(15)
Če analizator zasučemo za 90° glede na polarizator so razmere ravno simetrične prehodu
svetlobe, skozi vzorec pri vzporednih polarizatorjih. Fazna razlika, ki v primeru vzporednih
polarizatorjev povzroči 100 % prepustnost, povzroči v tem primeru popolno absorpcijo. Ko je
fazna razlika enaka polovici nihaja oziroma je delta lihi večkratnik 𝛿 = 𝛥𝑘𝑑 = (2𝑘 + 1)𝜋
polarizatorja prepuščata svetlobo 100 %. Ko je fazna razlika enaka celemu nihaju oziroma je
delta sodi večkratnik 𝛿 = 𝛥𝑘𝑑 = 2𝑘𝜋 pa analizator absolutno absorbirata svetlobo. Ko fazna
razlika (𝛿) ni lihi oziroma sodi večkratnik vzporedna oziroma prekrižana polarizatorja svetlobo
le delno prepustita (Babič in Čepič, 2009).
2.1.2 BARVE
Valovanje različnih valovnih dolžin se po prehodu skozi anizotropni vzorec različno eliptično
polarizira. Analizator valovanje različnih valovnih dolžin različno absorbira, zato se spekter
svetlobe po prehodu skozi analizator razlikuje od spektra, ki vpade na polarizator (slika 17).
Oko zazna barve (Edwards in Langely, 1981).
Slika 17: Shematični prikaz vpliva različno eliptično polarizirane svetlobe na intenziteto svetlobe prepuščene skozi analizator
(Pečar, 2016).
16
V našem primeru bomo vzorec osvetljevali z belo svetlobo. Vzorec bo ves čas nagnjen pod
kotom φ = 45° glede na prepustno smer enega od polarizatorjev. Ko opazujemo vzorec med
prekrižanima polarizatorjema ( χ = 90°), gostoto prepuščenega svetlobnega toka označimo z 𝑗⊥.
Ko opazujemo vzorec med vzporednima polarizatorjema (𝜒 = 0°), gostoto prepuščenega
svetlobnega toka označimo z 𝑗ǁ (slika 18) (Babič in Čepič, 2009).
Slika 18: Vzorec osvetlimo z belo svetlobo. Spekter bele svetlobe vsebuje vse spektralne barve. Smer vpadne polarizacije je
nakazana z režo P (a). Prepuščena svetloba je eliptično polarizirana, oblika elipse je funkcija valovne dolžine posamezne
barvne komponente. Če je fazna razlika pri valovni dolžini 𝜆1 = 530 𝑛𝑚 enaka 5π, je fazna razlika za 𝜆2 = 440 𝑛𝑚 enaka 6π
in za 𝜆3=660 nm je enaka 4π. V primeru, ko sta polarizatorja vzporedna (𝑗ǁ), so enobarvne komponente, za katere velja Δkd =
N·2π, v celoti prepuščene. Svetloba za katero velja Δkd = (2N+1) π, pa v celoti absorbirane (c). Ko analizator zasučemo za
90° (𝑗⊥) so razmere ravno komplementarne (d) (Babič in Čepič, 2009).
Na spodnji sliki je prikazana spektralna sestava bele svetlobe in svetlobe, ki jo prepušča
analizator, ki ima prepustni smeri vzporedni oziroma pravokotni polarizatorju.
Slika 19: Belo svetlobo s spektralno sestavo polariziramo v določeni smeri (P), kot kaže reža na sliki (a). Svetloba, ki jo
prepušča analizator (A), ki ima prepustni smeri vzporedni s polarizatorjem (𝑗ǁ), je obarvana zeleno (b). Če zasučemo analizator
tako, da sta prepustni smeri polarizatorja in analizatorja pravokotni je prepuščen svetlobni tok (𝑗⊥) barvno in tudi spektralno
natanko komplementaren (Babič in Čepič, 2009).
17
Analiza spektrov prepuščenih svetlob s tokoma 𝑗ǁ in 𝑗⊥ (slika 19) pokaže, da sta spektra
spektralno kot tudi barvno natanko komplementarna.
Prepuščeni gostoti svetlobnega toka seštejemo in dobimo:
𝑗ǁ𝑗0
+ 𝑗⊥𝑗0
∝1
2 (1 + cos(
2𝜋𝑑
𝜆𝛥𝑛)) +
1
2 (1 − cos(
2𝜋𝑑
𝜆𝛥𝑛 )) = 1
(16)
Ko intenziteti 𝑗ǁ in 𝑗⊥ seštejemo, dobimo intenziteto, ki je enaka svetlobnemu toku po prehodu
skozi prvi polarizator 𝑗0
𝑗0 = 𝑗ǁ + 𝑗⊥
(17)
Prepuščeni gostoti svetlobnega toka sta glede na gostoto vpadnega svetlobnega toka ravno
komplementarni. Če vzporedna polarizatorja prepuščata veliko svetlobe, bosta pravokotna
polarizatorja prepuščala malo svetlobe (opisano v zgornjem poglavju). Opisana odvisnost velja
za katerokoli valovno dolžino svetlobe, ki jo uporabimo pri poskusu, zato lahko zapišemo:
∫𝑑(𝑗0)
𝑑𝜆 𝑑𝜆 = ∫
𝑑(𝑗⊥)
𝑑𝜆 𝑑𝜆 + ∫
𝑑(𝑗ǁ)
𝑑𝜆 𝑑𝜆
∞
0
∞
0
∞
0
(18)
Pojav izkoristimo za definicijo fizikalne komplementarnosti barv, ki pravi, če spekter svetlobe
razcepimo na dva dela, sta si spektra (in s tem svetlobi) barvno natanko komplementarna.
Definicijo komplementarnosti lahko posplošimo za poljuben spekter svetlobe. Pojem
komplementarnega svetlobnega toka velja za cel spekter vidnih svetlob in za njihove poljubne
mešanice oziroma delne spektre. Komplementarni barvi se razlikujeta v polarizaciji obeh
prepuščenih svetlobnih tokov, ki sta med seboj pravokotni. Tega ne moremo opaziti, saj oči
niso občutljive za polarizacijo svetlobe (Babič, 2009).
Spekter prepuščene svetlobe je odvisen tudi od debeline vzorca. Čim debelejši je vzorec, tem
več enobarvnih komponent zadošča pogoju za ploščico 𝜆
2 ali 𝜆. Prepuščena svetloba postaja
čedalje bolj bela, saj vsebujejo vse več barvnih komponent iz vseh delov spektra, kar prikazuje
spodnja slika (slika 20).
18
Slika 20: Pri debelejšem vzorcu postaja prepuščena svetloba vse bolj bela, saj vsebuje nekaj barvnih komponent iz vseh delov
spektra (Babič in Čepič, 2009)
2.1.3 ADITIVNO MEŠANJE BARV IN BARVNI PROSTOR CIE XYZ
Barva je subjektivna čutna zaznava, ki jo v možganih sproži v oko vpadla svetloba. Oko ima tri
vrste barvnih receptorjev, ki so občutljivi na rdečo, modro in zeleno barvo, s katerimi lahko
večina ljudi z normalnim vidom aditivno upodobi vse spektralne barvne učinke. Spektralna
občutljivost modrih čepkov je najbolj občutljiva pri valovni dolžini 420 nm, zelenih pri 530 nm
in rdečih pri 570 nm (Lesar, 2015).
Pravila aditivnega mešanja barv imenujemo model RGB (angleške kratice za barve: rdeča,
zelena, modra). Aditivno mešanje barv deluje na principu dodajanja svetlob različnih
spektralnih barv. S kombinacijo rdeče in zelene barve nastane rumen barvni vtis, zelene in
modre nastane cian, modre in rdeče pa magenta. Bel barvni vtis nastane s kombinacijo vseh
treh osnovnih barv (slika 21) (Lesar, 2015).
Slika 21: Vennov diagram aditivnega mešanja barv (Lesar, 2015)
19
DallʼAgnol in Engelsen (2012) opišeta barve, ki jih opazimo, ko med polarizatorja vstavimo
brezbarvno anizotropno snov, s pomočjo barvnega prostora CIE XYZ. Barvni prostor
uporabljamo za matematično predstavitev barvne palete. CIE barvni prostor definira tri
navidezne primarne barve, katerih aditivno kombiniranje definira vse svetlobne učinke, ki jih
zazna človeško oko. Opisovanje barv temelji na principu aditivnega mešanja barv oziroma
trikromatski teoriji barvnega vida (slika 22).
Slika 22: Karakteristika zaznavanja barv opazovalca pri XYZ sistemu (DallʼAgnol in Engelsen, 2012).
Vsaka zaznavna barva je matematično izrazljiva z vsoto treh barv: 𝑥 + 𝑦 + 𝑧 = 1. Koordinate
x, y in z so numerične vrednosti, ki se nanašajo na delež primarnih barvnih dražljajev v barvnem
učinku.
Za tvorbo kromatičnega diagrama zadoščata dve koordinati (x, y), ki določata položaj barv na
diagramu (slika 23).
Slika 23: CIE x,y barvni diagram, kjer so vse barve vidne svetlobe upodobljene z (x,y) koordinatama. Monokromatske barve
so označene z valovnimi dolžinami od 380 nm do 700 nm (DallʼAgnol in Engelsen, 2012).
Na spodnji sliki so v CIE x, y barvnem diagramu prikazane komplementarne barve, ki se
pojavijo pri vzporednih in prekrižanih polarizatorjih med katerima je vzorec pod kotom 𝜑 =
45°. Prehod med komplementarnima barvama prečka belo točko (x = y = z). To je točka, ko so
20
lastne osi vzorca vzporedne s prepustno smerjo polarizatorja (𝜑 = 0°). Komplementarne barve,
ki so prikazane v barvnem diagramu se spreminjajo zaradi debeline vzorca (slika 24).
Slika 24: Ko opazujemo vzorec različne debeline med vzporednima in prekrižanima polarizatorjema opazimo, da sta barvi, ki
se pojavita komplementarni. (DallʼAgnol in Engelsen, 2012).
V tem poglavju smo spoznali, da je barva subjektivna čutna zaznava, ki jo v možganih sproži v
oko vpadla svetloba. Oko ima tri vrste barvnih receptorjev, ki so občutljivi na rdečo, modro in
zeleno barvo, s katerimi lahko večina ljudi z normalnim vidom aditivno upodobi vse spektralne
barvne učinke. Aditivno mešanje barv deluje na principu dodajanja svetlob različnih spektralnih
barv. Linearno polarizirana svetloba, ki prehaja skozi prvi polarizator, vpade na anizotropni
vzorec. Svetloba se v vzorcu razdeli na dva linearno polarizirana delna vala s pravokotnima
polarizacijama različnih hitrosti. Po prehodu svetlobe iz vzorca je svetloba zaradi razlike med
delnima valoma v splošnem eliptično polarizirana. Polarizacija izhodne svetlobe iz vzorca je
odvisna od orientacije linearne polarizacije vpadne svetlobe, vpadnega kota svetlobe, valovne
dolžine, debeline in strukture vzorca. Na analizatorju se svetloba glede na polarizacijo različno
absorbira. V praktičnem delu predstavim eksperimente za obravnavo prehoda svetlobe skozi
anizotropni vzorec med vzporednima in prekrižanima polarizatorjema. Vzorec osvetljujemo z
belo svetlobo. Ker se svetloba različnih valovnih dolžin različno absorbira opazimo barve.
Predlagani so eksperimenti, ki ilustrirajo spreminjanje barv pri spreminjanju debeline vzorca,
med vzporednima in prekrižanima polarizatorjema in nastanek komplementarnih barv z
zasukom analizatorja za 90°. Na ta način zgolj z opazovanjem barve, ki nastane pri vstavljanju
vzorca (φ =45°) med vzporedna oziroma prekrižana polarizatorja učenec spozna, da je barva
prepuščene svetlobe pri različnih debelinah vzorca različna. S poskusom, kjer učenec med
vzporedna oziroma prekrižana polarizatorja vstavi vzorec in ga suče, na izkustvenem nivoju
spozna, da lahko s sukanjem vzorca vplivamo na polarizacijo svetlobe po prehodu skozi vzorec.
21
Učenec pri izvajanju poskusa ozavesti, da lastnosti prepuščene svetlobe skozi vzorec niso
odvisne samo od lastnosti vzorca in valovne dolžine svetlobe, ki vplivajo na fazno razliko δ,
temveč tudi od smeri polarizacije vpadne svetlobe oziroma od kota φ.
22
3 ZBIRKA DEJAVNOSTI ZA UČENCE
V praktičnem delu je predstavljena zbirka aktivnosti. Zbirka aktivnosti omogoča učitelju, da
učencem predstavi nabor eksperimentov, kjer učenci spoznavajo pod katerimi pogoji nastanejo
barve pri prehodu svetlobe skozi materiale, ki ne vsebujejo barvil. Učenci fizikalne zakonitosti
spoznajo na izkustvenem nivoju, saj je teoretična razlaga fizikalnih pojavov glede na
predznanje učencev v osnovni šoli prezahtevna. Fizikalne zakonitosti, ki jih učenci spoznajo
tekom vodenih aktivnosti učencem omogočajo izdelati enostavni barvni kolaž.
V začetku praktičnega dela je predstavljen namen aktivnosti in primer barvnega kolaža.
Predlagam, da učencem za uvodno motivacijo predstavimo materiale s katerimi bodo izdelali
barvni kolaž. Učenci ugotovijo, da bodo uporabljali samo prozorne brezbarvne materiale
oziroma materiale, ki ne vsebujejo barvil. Nato jim pokažemo primer barvnega kolaža.
Učencem se ob opazovanju barvnega kolaža vzbudi zanimanje za nastanek barv pri prehodu
svetlobe skozi materiale, ki ne vsebujejo barvil.
V nadaljevanju so predstavljeni pripomočki in navodila učitelju, kako jih pripraviti pred
izvedbo aktivnosti in izdelavo barvnega kolaža. Za lažjo predstavo so priložene tudi fotografije.
Sledi predstavitev aktivnosti. Zaporedje aktivnosti omogoča učencem, da sami oblikujejo idejo,
da so potrebni trije polarizatorji in selotejp za oblikovanje dveh slik v eni sami. Pri tem je
pomembna medsebojna orientacija selotejpov in polarizatorjev. Pred vsako nalogo je za učitelja
predlagano število učencev, ki izvaja nalogo, našteti so pripomočki, ki so potrebni za izvedbo
poizkusa, natančno so opredeljeni cilji, opis in slika postavitve poizkusa, slike in priporočila za
demonstracijo, ter priporočila glede izvedbe poizkusa.
3.1 NAMEN AKTIVNOSTI
Z aktivnostjo, ki je opisana v nadaljevanju, sem želela da učenci razvijejo idejo, da so potrebni
trije polarizatorji in prozorne anizotropne folije, da lahko oblikujejo dve sliki v eni sami. Pri
tem je pomembna medsebojna orientacija polarizatorjev in folij, kar omogoči, da vidimo eno
sliko brez tretjega polarizatorja, drugo pa z njim. Med aktivnostmi učenci spoznajo pod katerimi
pogoji nastanejo barve pri prehodu svetlobe skozi materiale, ki ne vsebujejo barvil. Cilj
aktivnosti je učence spodbuditi k eksperimentalnemu delu ter jih motivirati. Učenci se na
izkustvenem nivoju seznanijo s polarizacijo, anizotropijo in barvami. Zbirka aktivnosti
omogoča učencem enostavno izdelavo barvnega kolaža.
23
3.2 BARVNI KOLAŽ
Za izdelavo barvnega kolaža potrebujemo:
✓ Samolepljive polarizatorje
✓ Brezbarvni selotejp
✓ Prozorno, trdo podlago
Pripomočki so natančneje opisani v poglavju (3. 3).
V nadaljevanju je prikazan barvni kolaž, ki sem ga izdelala za demonstracijo. Ko opazujemo
izdelan barvni kolaž vidimo prvo sliko – oko (slika 25).
Slika 25: Barvni kolaž, ki sem ga izdelala iz brezbarvnih materialov. Vidimo prvo sliko – oko.
Barvni kolaž nato opazujemo skozi dodatni – tretji polarizator. Dodatni polarizator nato
sučemo. Pri eni od orientacij dodatnega polarizatorja prva slika - oko popolnoma izgine in se
pojavi druga slika – polž (slika 26). Ko polarizator, v katerem vidimo samo drugo sliko (polža)
zasučemo za natanko 90° vidimo sestavljeno sliko – polža in oko (slika 27).
Slika 26: Barvni kolaž opazujemo skozi dodatni polarizator. Vidimo drugo sliko - polž.
24
Slika 27: Ko polarizator, skozi katerega vidimo drugo sliko (polža), zasučemo za 90°, vidimo sestavljeno sliko – polža in oko.
3.3 PRIPOMOČKI
V tem poglavju so predstavljeni pripomočki in navodila učitelju, kako jih pripraviti pred
izvedbo aktivnosti in izdelavo barvnega kolaža.
3.3.1 POLARIZATOR
Za izdelavo barvnega kolaža potrebujemo samolepilne polarizatorje. Za izvedbo aktivnosti bi
lahko uporabili tudi polarizatorje, ki niso samolepilni. Delo s to vrsto polarizatorjev je manj
primerno za izdelavo barvnega kolaža. Lepilo, s katerimi bi lepili polarizatorje na podlago, je
navadno selotejp, ki je dvolomen, kar bi vplivalo na prehajanje svetlobe skozi polarizatorje,
tega pa ne želimo. Zato predlagam, da tudi aktivnosti izvajamo s samolepilnimi polarizatorji in
jih v nadaljevanju uporabimo pri izdelavi barvnega kolaža. V nadaljevanju uporabljam zgolj
besedo polarizator s čimer mislim samolepilni polarizator.
Za izvedbo aktivnosti vsak učenec potrebuje dva kosa polarizatorja. Za izvedbo aktivnosti v
razredu s 24 učenci potrebujemo sedem polarizatorjev velikosti A4. Vsak polarizator razrežemo
na polovico, polovico pa še na štiri pravokotnike. Tako iz enega polarizatorja dobimo 8 kosov,
skupaj 56 kosov polarizatorjev. Ustrezni so tudi manjši polarizatorji, npr. ostanki iz proizvodnje
prikazovalnikov, a morajo meriti vsaj nekaj cm v vsaki smeri. Vsak učenec dobi svoja
polarizatorja, osem kosov je dodatnih (za učiteljevo demonstracijo in rezerva). Vsak učenec za
izvedbo aktivnosti potrebuje označena polarizatorja, eden od njiju ima označeno tudi prepustno
smer (postopek določanja prepustne smeri je opisan v poglavju Določanje prepustne smeri
polarizatorja in je namenjen učitelju). Za izdelavo barvnega kolaža, za 24 učencev, potrebujemo
še dodatnih trinajst polarizatorjev velikosti A4. Učitelj, ki želi izvesti naravoslovno delavnico
25
izdelovanja barvnih kolažev lahko polarizatorje dobi po predhodnem dogovoru na Univerzi v
Ljubljani, Pedagoški fakulteti na Oddelku za fiziko in tehniko.
3.3.1.1 ROKOVANJE S POLARIZATORJEM
Učitelj mora pred aktivnostjo ustrezno pripraviti polarizatorje. Najprej na polarizatorju
odlepimo folijo, ki ni samolepljiva (slika 28). Folijo, ki je samolepljiva pustimo na
polarizatorju. Samolepljivo folijo polarizatorja odlepimo šele, ko izdelujemo barvni kolaž.
Slika 28: Na polarizatorju odlepimo folijo, ki ni samolepljiva.
Nato s samolepljivo nalepko označimo stran, na kateri smo pustili samolepilno folijo. Tako
pripravljen polarizator v nadaljevanju imenujemo označen polarizator (slika 29).
Slika 29: Na polarizatorju z nalepko označimo stran na kateri smo pustili samolepilno folijo – označen polarizator.
Skozi polarizator opazujemo tako, da svetloba, ki jo opazujemo pada pravokotno na polarizator.
Polarizator sučemo pravokotno na ravnino polarizatorja. Skozi polarizator vedno opazujemo
tako, da je nalepka obrnjena proti nam (slika 30).
Slika 30: Opazovanje odboja svetlobe od trave s sukanjem polarizatorja v smeri pravokotno na ravnino polarizatorja.
26
Ko uporabljamo dva polarizatorja, ju imenujemo polarizator in analizator. Gre za isti element,
poimenovanje pa je vezano na postavitev. Svetloba, ki vpada na prvi polarizator, je po prehodu
skozenj polarizirana. Zato prvi polarizator obdrži svoje ime – polarizator. Polarizirano svetlobo
analiziramo z uporabo drugega polarizatorja, ki ga imenujemo analizator. Polarizirana svetloba
skozi analizator vpada na detektor oziroma v naše oči. Površini polarizatorja in analizatorja sta
vedno vzporedni (slika 31).
Slika 31: Postavitev poskusa v primeru opazovanja svetlobe skozi polarizator in analizator.
Nalepka na analizatorju je pri opazovanju vedno obrnjena proti nam, nalepka na polarizatorju
pa stran od nas (slika 32).
Slika 32: Pravilno opazovanje dnevne svetlob skozi polarizator in analizator – med polarizatorjema ni samolepljive folije.
Polarizatorja, ki imata med seboj vzporedni prepustni smeri – vzporedna polarizatorja
prepuščata največ svetlobe (slika 33a). Polarizatorja, ki imata med seboj pravokotni prepustni
smeri – prekrižana polarizatorja ne prepuščata svetlobe (slika 33c). S spreminjanjem kota med
27
prepustnima smerema polarizatorjev od 0° do 90° jakost svetlobe pada z naraščajočim kotom
(slika 33b).
Slika 33:Opazovanje svetlobe skozi vzporedna polarizatorja (a), skozi polarizator in analizator pod poljubnim kotom (b) in
opazovanje svetlobe skozi prekrižana polarizatorja (c).
V primeru, ko sta nalepki obrnjeni v isti smeri (proti opazovalcu oziroma stran od opazovalca)
sta med polarizatorjem in analizatorjem samolepljivi foliji, ki sta dvolomni. Širjenje svetlobe
skozi polarizator in analizator se spremeni. Dobimo enak učinek, kot če bi med polarizatorja
nalepili selotejp. V tem primeru pri opazovanju skozi polarizatorja opazimo barve (slika 34).
Slika 34: Nepravilno opazovanje skozi polarizatorja– med polarizatorjema je samolepljiva folija. Analizator je pravilno
obrnjen, medtem ko je polarizator obrnjen proti opazovalcu, namesto stran od opazovalca. Med polarizatorjema opazimo
zeleno svetlobo.
3.3.1.2 DOLOČANJE PREPUSTNE SMERI POLARIZATORJA
Prepustno smer polarizatorja določimo z opazovanjem odboja svetlobe na gladki neprozorni
površini skozi polarizator ali z opazovanjem svetlobe, ki prehaja skozi drugi polarizator, z
znano prepustno smerjo.
Sončna svetloba je nepolarizirana. Ko nepolarizirana svetloba vpade na gladko površino (npr.
gladka lesena tla), je svetloba, ki se odbija pod Brewsterjevim kotom linearno polarizirana,
vzporedno s površino od katere se odbija (slika 35). V bližini Brewsterjevega kota je odbita
svetloba delno polarizirana, a dovolj, da je ob primerni orientaciji polarizatorja močno
absorbirana.
28
Slika 35: Nepolarizirana svetloba je pri odboju od gladke površine linearno polarizirana (The Physics Clasroom, 2020).
Ta pojav izkoristimo za določanje prepustne smeri polarizatorja. Na polarizatorju označimo
zgolj prepustno smer polarizatorja, ki je pravokotna na neprepustno smer polarizatorja.
Prepustno smer polarizatorja vedno določimo preko pravokotnosti, saj je naše oko veliko bolj
občutljivo za temo kot svetlobo.
Skozi polarizator opazujemo odboj svetlobe od gladkih lesenih tal (slika 36a). Polarizator
sučemo, dokler odboja svetlobe od tal ne vidimo več oziroma je ta zelo zatemnjen (slika 36b).
Tedaj je polarizator odbito svetlobo od gladkih tal absorbiral v ravnini vzporedni s tlemi.
Ravnino v kateri polarizator svetlobo maksimalno absorbira imenujemo neprepustna smer.
Neprepustna smer polarizatorja je na sliki 36b označena s črno puščico. Prepustna smer
polarizatorja je pravokotna na neprepustno smer polarizatorja. Prepustna smer polarizatorja je
na sliki 36b označena z rdečo dvoglavo puščico.
Slika 36: Opazovanje odboja svetlobe skozi polarizator (36a). Polarizator sučemo, dokler odboja od tal ne vidimo več. Na sliki
je s črno dvoglavo puščico označena neprepustna smer in z rdečo dvoglavo puščico prepustna smer, ki je pravokotna na
neprepustno smer (36b).
Polarizatorja, ki imata med seboj pravokotni prepustni smeri (prekrižana polarizatorja) ne
prepuščata svetlobe (slika 33c). Polarizatorju, ki smo mu določili prepustno smer z odbojem
svetlobe dodamo drugi polarizator – analizator (slika 37a), ki ga sučemo dokler analizator
popolnoma ne absorbira svetlobe (Slika 37b).
29
Slika 37: Na prvi polarizator dodamo polarizator - analizator (a). Analizator sučemo dokler popolnoma ne absorbira
svetlobe (b).
Na analizatorju označimo prepustno smer z dvoglavo puščico, ki je pravokotna prepustni smeri
polarizatorja (slika 38). S tem smo določili prepustno smer drugega polarizatorja.
Slika 38: Analizatorju določimo prepustno smer, ki je pravokotna prepustni smeri polarizatorja.
3.3.2 SELOTEJP
Kot anizotropno snov pri izdelavi barvnega kolaža uporabimo brezbarvni selotejp. Za izdelavo
barvnega kolaža priporočam uporabo različnih širin selotejpa. V primeru, ko želimo izdelati
večji enobarvni motiv (npr. glava raka na sliki 40 ali trup polža slika 26), uporabimo širši
selotejp. Tako porabimo manj časa za natančno lepljenje selotejpa enega zraven drugega, saj
ne želimo, da se selotejpa prekrivata ali so med njima luknje. V primeru, ko se selotejpa
prekrivata, je debelina drugačna, posledično pa se spremeni tudi barva prepuščene svetlobe
(slika 39).
Slika 39:Selotejpa se prekrivata. Na delu, kjer se selotejpa prekrivata vidimo namesto rumen selotejp, selotejp cian barve.
30
3.3.3 PODLAGA
Za izdelavo barvnega kolaža potrebujemo dovolj trdo podlago, ki mora biti prozorna. Na
podlago v ustrezni smeri in zaporedju lepimo polarizatorje in selotejp. Na ta način ustvarimo
barvni kolaž, kjer oblikujemo dve sliki v eni sami (slika 25, 26, 27). Primerna je steklena ali
plastična podlaga (prosojnica, trda cvetličarska folija).
Slika 40: Na slabo dvolomno podlago(npr. cvetličarsko folijo) lepimo selotejp in jo opazujemo skozi vzporedna polarizatorja.
3.4 AKTIVNOSTI
V nadaljevanju je predstavljeno zaporedje aktivnosti. Zaporedje aktivnosti omogoča učencem,
da sami oblikujejo idejo, da so potrebni trije polarizatorji in selotejp za oblikovanje dveh slik v
eni sami. Pred vsako nalogo je za učitelja predlagano število učencev, ki izvaja nalogo,
pripomočki za izvedbo poizkusa, natančno so opredeljeni cilji, opis in slika postavitve poizkusa,
slike in priporočila za demonstracijo, ter priporočila glede izvedbe poizkusa.
Za optimalno izvajanje aktivnosti učence pred začetkom aktivnosti razporedimo v štiri ali pet
članske skupine. Tako lahko vsak od učencev prispeva svoj delež pri opazovanju in
razpravljanju. Pripomočke za vsako aktivnost pripravimo učencem v plitke pladnje.
3.4.1 AKTIVNOST 1 – PREPUSTNOST SVETLOBE PRI PREHODU SKOZI
POLARIZATOR
PRIPOROČILA ZA UČITELJA
To aktivnost vsak učenec v skupini izvaja samostojno.
Pripomočki, ki jih potrebujemo za izvedbo aktivnosti:
✓ Označen polarizator z narisano prepustno smerjo
✓ Označen polarizator
31
✓ Računalniški zaslon
✓ Linearno polarizirana sončna očala
✓ Mobilni telefon
✓ Namizna svetilka
Za vsako skupino potrebujemo en zgoraj naštet pripomoček, vsak učenec potrebuje svoja
označena polarizatorja (slika 41). Učitelj predhodno ustrezno označi polarizatorje z nalepko
(postopek opisan v poglavju 3.3.1.1) pri polovici polarizatorjev pa nariše tudi prepustno smer
polarizatorja.
Slika 41: Vsak učenec dobi dva označena polarizatorja, kjer je na enem narisana tudi prepustna smer s puščico.
Učitelj pri prvem polarizatorju določi prepustno smer z odbojem. Pri vseh ostalih polarizatorjih
nariše prepustno smer z opazovanjem svetlobe, ki prehaja skozi polarizator z znano prepustno
smerjo. Ta postopek je hitrejši. Določanje prepustne smeri z odbojem oziroma z opazovanjem
svetlobe, ki prehaja skozi drugi polarizator z znano prepustno smerjo, je opisano v poglavju
3.3.1.2.
Učitelj mora poskrbeti, da vsak izmed učencev dobi oba polarizatorja (označen polarizator in
označen polarizator z narisano prepustno smerjo). Kateri polarizator bo uporabil pri prvi
aktivnosti ni pomembno. Pomembno je zgolj to, da ima eden od polarizatorjev določeno tudi
prepustno smer, saj bo le na ta način lahko učenec pri 2. nalogi polarizatorju, ki nima določene
prepustne smeri, določil prepustno smer.
Pri tej aktivnosti učenec usvoji naslednje cilje:
• C1: Učenec spozna, da človeško oko ne zazna razlike med polarizirano in nepolarizirano
svetlobo.
32
• C2: Učenec spozna, da polarizirano svetlobo detektiramo z dodatnim polarizatorjem –
analizatorjem.
• C3: Učenec spozna, da se intenziteta svetlobe, odbite od opazovanih predmetov oziroma
intenziteta svetlobe, ki jo oddaja svetilo lahko spreminja, ko predmet opazujemo skozi
polarizator, ki ga sučemo. Predmet oziroma svetilo je ves čas enako svetlo
(nepolarizirana svetloba). Predmet oziroma svetilo v določeni smeri postane popolnoma
zatemnjeno (linearno polarizirana svetloba, za učence le »polarizirana« svetloba).
Intenziteta predmeta oziroma svetila se ves čas spreminja, predmeta oziroma svetila pa
polarizator nikoli popolnoma ne zatemni (delno polarizirana svetloba).
• C4: Učenec na polarizatorju določi prepustno smer.
• C5: Učenec spozna, da polarizatorja, ki imata med seboj vzporedni prepustni smeri
prepuščata svetlobo.
• C6: Učenec spozna, da polarizatorja, ki imata med seboj pravokotni prepustni smeri ne
prepuščata svetlobe.
• C7: Učenec spozna, da s spreminjanjem kota med prepustnima smerema polarizatorjev
od 0° do 90° jakost svetlobe pada z naraščajočim kotom.
• Učenec se seznani s terminologijo: prepustna smer polarizatorja, polarizacija svetlobe,
prekrižana in vzporedna polarizatorja.
Skozi polarizator vedno opazujemo tako, da je označena stran na polarizatorju obrnjena proti
opazovalcu (O). Svetloba, ki jo oddaja svetilo oziroma se odbija od predmeta naj vpada
pravokotno na polarizator. Polarizator sučemo pravokotno na ravnino polarizatorja (slika 42).
Slika 42: Skica postavitve opazovanja s polarizatorjem.
Na spodnji sliki je prikazan primer opazovanja svetlobe, ki jo oddaja računalniški zaslon, skozi
polarizator pri različnih kotih.
33
Slika 43: Opazovanje svetlobe, ki jo oddaja računalniški zaslon skozi polarizator pri različnih kotih.
Računalniški zaslon oddaja linearno polarizirano svetlobo. Polarizacijo svetlobe, ki jo oddaja
računalnik določimo preko pravokotnosti, saj je oko bolj občutljivo na temo kot svetlobo. Pri
opazovanju svetlobe skozi polarizator obstaja smer, kjer polarizator svetlobo, ki jo oddaja
računalniški zaslon v celoti absorbira. Tedaj je svetloba, ki jo oddaja računalniški zaslon
polarizirana pravokotno na prepustno smer polarizatorja (slika 43b). Pri opazovanju svetlobe
skozi polarizator, ki ima prepustno smer vzporedno polarizaciji svetlobe, je prepuščena svetloba
maksimalna. S spreminjanjem kota med prepustno smerjo polarizatorja in smerjo polarizacije
svetlobe od 0° do 90° jakost prepuščene svetlobe pada z naraščajočim kotom.
Učenec mora pri tretji nalogi določiti prepustno smer polarizatorja z opazovanjem drugega
polarizatorja z že označeno prepustno smerjo. Ta postopek je opisan v poglavju določanje
prepustne smeri polarizatorja 3.3.1.2. Polarizatorja, ki imata med seboj vzporedni prepustni
smeri prepuščata svetlobo (slika 33a). S spreminjanjem kota med prepustnima smerema
polarizatorjev od 0° do 90° jakost svetlobe pada z naraščajočim kotom (slika 33b).
Polarizatorja, ki imata med seboj pravokotni prepustni smeri ne prepuščata svetlobe (slika 33c).
NALOGE
1. Skozi polarizator vedno opazuj tako, da je označena stran na polarizatorju obrnjena proti
opazovalcu (O). Svetloba, ki jo oddaja svetilo oziroma se odbija od predmeta naj vpada
pravokotno na polarizator. Polarizator suči pravokotno na ravnino polarizatorja (slika
44).
34
Slika 44: Skica postavitve opazovanja s polarizatorjem.
Skozi polarizator opazuj spodaj našteta svetila/predmete
✓ dnevno svetlobo, ki pada skozi okno
✓ svetlobo, ki jo oddaja računalniški zaslon
✓ svetlobo, ki prehaja skozi stekla polarizacijskih sončnih očal
✓ svetlobo, ki se odbija od plastičnih/kamnitih tal
✓ svetlobo, ki jo oddaja mobilni telefon
✓ svetlobo, ki jo oddaja namizna svetilka
✓ svetlobo, ki prehaja skozi sošolcev polarizator
Kakšne razlike opaziš pri opazovanju svetlobe različnih virov s polarizatorjem in brez
polarizatorja?
__________________________________________________________________________
Cilj te aktivnosti je, da učenec ugotovi, da se intenziteta svetlobe, odbite od opazovanih
predmetov oziroma intenziteta svetlobe, ki jo oddaja svetilo, lahko spreminja, ko predmet
opazujemo skozi polarizator, medtem ko razlike ne opazimo s prostim očesom. Učenec spozna,
da se pri opazovanju skozi polarizator, ki ga suče, lahko svetlobi odbiti od predmetov oziroma
svetlobi, ki jo svetilo oddaja spreminja intenziteta. Predmet oziroma svetilo je lahko ves čas
enako svetlo, predmet oziroma svetilo v določeni smeri postane popolnoma zatemnjeno ali pa
se intenziteta ves čas spreminja, predmeta oziroma svetila pa polarizator nikoli popolnoma ne
zatemni.
35
2. V tabelo vpiši predmete glede na spremembo osvetljenosti med opazovanjem skozi
polarizator, ki ga sučeš in opazovanjem s prostim očesom.
Največja sprememba Delna sprememba Ni spremembe
Predmet/svetilo
Cilj te aktivnosti je, da učenec predmete razporedi ustrezno glede na spremembo osvetljenosti
pri opazovanju skozi polarizator, ki ga suče. Ko učenec razporedi predmete ustrezno v tabelo
se učitelj z njimi pogovori, da je svetloba lahko nepolarizirana (predmet ves čas enako svetel –
ni spremembe intenzitete), polarizirana (predmet pri eni smeri postane popolnoma zatemnjen
– največja sprememba) ali delno polarizirana (s sukanjem polarizatorja se intenziteta svetlobe
spreminja, vira pa polarizator nikoli popolnoma ne zatemni – največja sprememba). Učenci k
osvetljenosti dopišejo še vrsto polarizacije.
3. Sedaj na prvi polarizator dodaj drugi polarizator. Prvi polarizator ima narisano
prepustno smer z dvoglavo puščico. Prepustna smer polarizatorja pomeni, da polarizator
svetlobo, ki je polarizirana pravokotno na to smer vpija. Suči enega od polarizatorjev
dokler ne najdeš legi polarizatorjev, da svetloba skoznju ne prehaja. Pravimo, da sta
polarizatorja prekrižana in sta prepustni smeri med seboj pravokotni. Na drugem
polarizatorju označi prepustno smer z dvoglavo puščico.
Učenec določi prepustno smer drugega polarizatorja glede na prepustno smer prvega
polarizatorja.
4. S sukanjem enega od polarizatorjev določi kako sistem polarizatorjev prepušča svetlobo
pri različnih kotih. Za opis kota uporabi kot med prepustnima smerema polarizatorjev.
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Učenec spozna, da polarizatorja, ki imata med seboj vzporedni prepustni smeri prepuščata
svetlobo. Učenec spozna, da polarizatorja, ki imata med seboj pravokotni prepustni smeri ne
36
prepuščata svetlobe. Učenec spozna, da če spreminjamo kot med polarizatorjema od 0° do 90°
jakost svetlobe pada s kotom.
5. Nariši skico polarizatorjev, ki prikazuje prepuščeno svetlobo skozi:
• prekrižana polarizatorja
• vzporedna polarizatorja (ko sta polarizatorja prekrižana enega zasučemo za
90°)
• polarizatorja, ki imata poljuben kot med prepustnima smerema
Na skici označi intenziteto prepuščene svetlobe, prepustni smeri polarizatorjev, ter označi kot,
ki ga oklepata prepustni smeri polarizatorjev. Intenziteto prepuščene svetlobe označi na delu
skice kjer se polarizatorja prekrivata:
• s črno barvo, ko je intenziteta prepuščene svetlobe minimalna
• s sivo barvo, ko je intenziteta prepuščene svetlobe med minimalno in maksimalno
vrednostjo
• ko je intenziteta prepuščene svetlobe maksimalna ostane del, kjer se polarizatorja
prekrivata neoznačen oziroma nepobarvan
3.4.2 AKTIVNOST 2 – OPTIČNO IZOTROPNE IN ANIZOTROPNE SNOVI
PRIPOROČILA ZA UČITELJA
To aktivnost učenci izvajajo v skupini. Za izvedbo aktivnosti potrebuje vsaka skupina:
✓ kos stekla
✓ pleksi steklo
✓ cvetličarsko folijo
✓ prozorno plastično žlico
✓ celofan
✓ prozorno folijo za zavijanje hrane
✓ selotejp (prilepljen na objektno stekelce ali na cvetličarsko folijo)
Pri tej aktivnosti učenci usvojijo naslednje cilje:
37
• C1: Učenec spozna, da običajno snovi (izotropne, npr. steklo) ne spreminjajo lastnosti
svetlobe (intenziteta, barva) v odvisnosti od smeri, ko jih opazujemo med prekrižanima
in vzporednima polarizatorjema.
• C2: Učenec spozna, da če sučemo prozorne predmete iz drugih snovi (anizotropne, npr.
selotejp, celofan) med prekrižanima in vzporednima polarizatorjema se spreminjajo
lastnosti svetlobe (intenziteta, barva).
• C3: Učenec spozna, da pri snoveh, ki med prehodom svetlobe skoznje spremenijo
lastnosti prehoda svetlobe obstajata dve med seboj pravokotni orientaciji anizotropne
snovi, skozi katero svetloba ne prehaja.
Med prekrižana in vzporedna polarizatorja vstavljamo predmete iz snovi, za katere želimo
ugotoviti ali so optično anizotropne ali izotropne. Med prekrižanima in vzporednima
polarizatorjema vrtimo vzorec in opazujemo lastnosti prepuščene svetlobe (barva, intenziteta).
V primeru, ko med prekrižana polarizatorja vstavimo izotropno snov in jo sučemo, sistem nikoli
ne prepušča svetlobe. V primeru, ko med vzporedna polarizatorja vstavimo izotropno snov in
jo sučemo, ne opazimo spremembe lastnosti svetlobe po prehodu. Pri sukanju predmetov iz
anizotropnih snovi med prekrižanima in vzporednima polarizatorjema opazimo, da se barva
svetlobe po prehodu spremeni (slika 45).
Slika 45: Ko med prekrižana (a) in vzporedna (b) polarizatorja vstavimo predmet iz anizotropne snovi, opazimo, da se barva
svetlobe po prehodu spremeni.
Najbolj intenzivna barva, ki jo opazimo, ko vstavimo predmet iz anizotropne snovi med
vzporedna polarizatorja, je komplementarna najbolj intenzivni barvi, ki jo opazimo, ko isti
predmet vstavimo med prekrižana polarizatorja (slika 46).
38
Slika 46: Pri sukanju prozorne folije med prekrižanima polarizatorjema opazimo, da je folija modre barve. Pri sukanju folije
med vzporednima polarizatorjema opazimo, da je folija rumene barve. Rumena in modra sta komplementarni barvi.
Pri snoveh, ki spremenijo lastnosti svetlobe po prehodu obstajata dve med seboj pravokotni
orientaciji anizotropne snovi, skozi katero svetloba ne prehaja (slika 47).
Slika 47: Prozorna folija za zavijanje hrane med prekrižanima polarizatorjema. Vidimo, da skozi folijo ne prehaja svetloba.
NALOGE
Za izvedbo naloge potrebuješ:
✓ kos stekla (objektno steklo)
✓ pleksi steklo
✓ cvetličarsko folijo
✓ prozorno plastično žlico
✓ celofan
✓ prozorno folijo za zavijanje hrane
✓ selotejp (prilepljen na objektno stekelce ali na cvetličarsko folijo)
39
1. Med prekrižanima in vzporednima polarizatorjema suči zgoraj naštet predmete. V
tabelo zapiši pri katerih predmetih sistem prepušča svetlobo, pri katerih sistem ne
prepušča svetlobe in pri katerih vidiš barvo. V zadnji stolpec zapiši, ali je predmet
optično izotropen ali anizotropen.
Vzporedna
polarizatorja
Prekrižana
polarizatorja
Optično
anizotropen/izotropen
predmet
Kos stekla
Pleksi steklo
Cvetličarska folija
Prozorna plastična
žlica
Celofan
Prozorna folija za
zavijanje hrane
Selotejp
Učenec spozna, da običajno snovi (izotropne, npr. steklo) ne spreminjajo lastnosti svetlobe
(intenziteta, barva) po prehodu. Učenec spozna, da če sučemo prozorne predmete iz drugih
snovi (anizotropne, npr. selotejp, celofan) se spreminjajo lastnosti svetlobe po prehodu
(intenziteta, barva).
2. Ali obstajajo smeri optično anizotropnih predmetov, ko med prekrižanima
polarizatorjema ne prehaja svetloba? Koliko je takih smeri? Kakšen kot oklepajo?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
Učenec spozna, da pri predmetih iz optično anizotropnih snovi, obstajata dve med seboj
pravokotni orientaciji anizotropne snovi, skozi katero svetloba ne prehaja.
Snovi, ki jih vstavimo med prekrižana ali vzporedna polarizatorja in pri nekaterih orientacijah
spremenijo lastnosti svetlobe po prehodu (barvo, intenziteti), so optično anizotropne.
Snovi, ki jih vstavimo med prekrižana ali vzporedna polarizatorja in pri nobeni izmed orientacij
ne spremenijo lastnosti svetlobe po prehodu (barvo, intenziteto), so optično izotropne.
40
3.4.3 AKTIVNOST 3 – SELOTEJP IN LASTNE OSI
PRIPOROČILA ZA UČITELJA
Učenci aktivnost izvajajo skupinsko. Za izvedbo aktivnosti vsaka skupina potrebuje:
✓ Selotejp
✓ Objektno stekelce
Vsaka skupina ima te pripomočke že od predhodne naloge.
Pri tej aktivnosti učenci usvojijo naslednje cilje:
• C1: Učenec določi lastne osi selotejpa – smeri, skozi katere med prekrižanima
polarizatorjema ne prehaja svetloba.
• C2: Učenec spozna, da najbolj intenzivno barvo selotejpa vidimo, ko eno izmed lastnih
osi selotejpa oklepa kot 45° s prepustno smerjo enega izmed polarizatorjev.
Med prekrižanima polarizatorjema sučemo selotejp nalepljen na objektno stekelce, dokler ne
najdemo lege, ko skozi predmet med prekrižana polarizatorja svetloba ne prehaja več. V tem
primeru je prepustna smer enega od polarizatorjev vzporedna z eno od lastnih smeri vzorca. Na
selotejpu označimo osi (glede na prepustno smer enega od polarizatorjev), ko je selotejp črn.
Obstajata natanko dve lastni smeri anizotropne snovi, ki sta med seboj pravokotni (slika 48).
Slika 48: Določanje lastnih osi selotejpa.
Ko damo eno izmed lastnih osi pod kotom 45° glede na prepustno smer enega izmed
polarizatorjev je intenziteta barva najbolj intenzivna (slika 49).
41
Slika 49: Intenziteta barve selotejpa je največja, ko eno izmed lastnih osi damo pod kotom 45° glede na prepustno smer
enega od polarizatorjev.
Pri lepljenju selotejpa na podlago se ni treba pretirano ukvarjati z mehurčki, ki se lahko pojavijo
pri lepljenju, saj ti ne vplivajo na prehajanje svetlobe.
NALOGE
Pri tej aktivnosti potrebuješ selotejp prilepljen na objektno stekelce.
1. S sukanjem selotejpa med prekrižanima polarizatorjema določi legi, ko je selotejp videti
črn (skozenj ne prehaja svetloba). Na selotejpu označi smeri (glede na prepustno smer
enega od polarizatorjev), ko je selotejp črn. Ti dve smeri imenujemo lastni smeri
selotejpa.
Učenec določi lastni smeri selotejpa – smeri skozi kateri med prekrižanima polarizatorjema
ne prehaja svetloba.
2. Ko je ena izmed lastnih smeri orientirana pod kotom 45 ° glede na prepustno smer enega
izmed polarizatorjev, je barva najbolj intenzivna. V nadaljevanju bomo selotejp ves čas
vstavljali med polarizatorja tako, saj želimo, da so barve izrazite.
Med polarizatorja vstavi selotejp, kot je opisano zgoraj. Preveri trditev in nariši skico
postavitve.
Učenec spozna, da najbolj intenzivno barvo selotejpa vidimo, ko je ena izmed lastnih smeri
selotejpa orientirana pod kotom 45° glede na prepustno smer enega izmed polarizatorjev.
42
3.4.4 AKTIVNOST 4 – BARVA V ODVISNOSTI OD ŠTEVILA SLOJEV
SELOTEJPA (VZPOREDNIH, PRAVOKOTNIH)
PRIPOROČILA ZA UČITELJA
To aktivnost učenci izvajajo skupinsko. Za izvedbo aktivnosti potrebuje vsaka skupina:
✓ selotejp
✓ objektno stekelce
✓ cvetličarsko folijo
Vsaka skupina ima te pripomočke že od predhodne naloge.
Pri tej aktivnosti učenci usvojijo naslednje cilje:
• C1: Učenec spozna, kadar selotejp lepimo vzporedno enega vrh drugega, opazimo, da
se barva spreminja s številom slojev.
• C2: Učenec spozna, kadar med prekrižana polarizatorja vstavimo selotejp z različnim
številom slojev, si barve glede na število slojev sledijo v naslednjem vrstnem redu:
rumena, cian, vijolična, roza, zelena in svetlo siva.
• C3: Učenec spozna, da v primeru, kadar med vzporedna polarizatorja vstavimo selotejp
z različnim številom slojev, si barve glede na število slojev sledijo v naslednjem vrstnem
redu: modra, magenta, svetlo rumena, zelena, roza in svetlo siva.
• C4: Učenec spozna, da je barva, ki jo opazimo skozi vzporedna polarizatorja
komplementarna barvi, ki se pojavi v primeru prekrižanih polarizatorjev.
• C5: Učenec spozna, kadar vzporednim slojem selotejpov dodamo selotejp, ki ga lepimo
pravokotno na vzporedni sklad selotejpov, se barve med seboj »odštevajo«.
Učitelj, določi za vsako skupino učencev število slojev selotejpov, ki jih nalepi na objektno
stekelce. Učenci opazujejo barvo, ki jo vidimo med polarizatorjema (prekrižanima in
vzporednima). Priporočljivo število slojev selotejpov, ki naj jih lepi posamezna skupina, je med
ena in šest, ena izmed skupin pa naj nalepi več kot šest slojev npr. 10 ali celo 12. Pri lepljenju
več kot šestih vzporednih slojev selotejpa enega vrh drugega ne opazimo spremembe v barvi –
od šest naprej opazimo vedno bolj svetlo sivo. Učence naj učitelj opozori, da je pomembno, da
so sloji selotejpov lepljeni vzporedno enega vrh drugega oziroma pri drugi nalogi pravokotno
na vzporedni sklad. Mehurčki, ki se lahko pojavijo pri lepljenju ne vplivajo na barvo, ki se
43
pojavi med polarizatorjema, zato nanje ni treba bit posebej pozoren. Učitelj na tablo nariše
tabelo in ko skupina ugotovi barvo med vzporednima in prekrižanima selotejpoma, eden iz
skupine vpiše podatke v tabelo.
Vsaka skupina učencev nato za demonstracijo barv na polarizator vzporedno lepi plasti
selotejpa, ki jih rahlo zamika. Tako dobi vzporedno lepljene plasti selotejpa z različnim
številom plasti. Na prvo polovico prilepi analizator na plast selotejpa tako, da sta prepustni
smeri polarizatorjev vzporedni, polarizator na drugo polovico pa tako, da sta polarizatorja
prekrižana. V prvem stolpcu učenci vidijo barve, ki jih vidimo med vzporednima
polarizatorjema v drugem stolpcu pa barve, ki jih vidimo med prekrižanima polarizatorjema.
Učenci z izdelano barvno tabelo (slika 50) preverijo rezultate, ki so jih skupine zapisale v tabelo
na tabli.
Slika 50: Barve, ki se pojavijo pri naraščajočem številu vzporedno lepljenih plasti selotejpa med vzporednima (prvi stolpec)
in prekrižanima (drugi stolpec) polarizatorjema.
Vsaka skupina učencev izdela še barvno tabelo, iz katere lahko učenci sklepajo, kaj se zgodi z
barvami, ko vzporednemu skladu selotejpov lepimo pravokoten sklad. Za začetek, tako kot je
opisano, učenec zgoraj lepi selotejpe, da dobi različno število vzporedno zamaknjenih slojev
selotejpa. Postopek lepljenja učenec ponovi v pravokotni smeri.
44
Slika 51: Barvna tabela predstavlja barve, ki se pojavijo, ko vzporednemu sloju selotejpov v pravokotni smeri dodamo
vzporeden sklad selotejpov.
Učenci s pomočjo barvne tabele (slika 51) pridejo do ugotovitve, kaj se zgodi v primeru, kadar
različnemu številu vzporedno lepljenih slojev selotejpov dodamo pravokoten sklad.
NALOGE:
1. Spreminjaj število (N) vzporedno lepljenih slojev selotejpa in opazuj barve, ki se
pojavijo med vzporednima (VP) in prekrižanima polarizatorjema (PP). Izpolni spodnjo
tabelo.
Število slojev selotejpa (N) Barva med VP Barva med PP
1
2
3
4
5
6
10
12
Učenec spozna, kadar selotejp lepimo vzporedno enega vrh drugega opazimo, da se barva
spreminja s številom slojev. Učenec spozna, da v primeru, ko sta polarizatorja pravokotna, si
barve glede na število slojev sledijo v naslednjem vrstnem redu: rumena, cian, vijolična, roza,
zelena in svetlo siva. Učenec spozna, da v primeru, ko sta polarizatorja vzporedna si barve
glede na število slojev sledijo v naslednjem vrstnem redu: modra, magenta, svetlo rumena,
zelena, roza in svetlo siva. Učitelj učence spomni na likovno definicijo komplementarnosti, ter
jih opomni naj si še enkrat v tabeli pogledajo barve, ki jih vidimo v primeru prekrižanih in
vzporednih polarizatorjev. Učenec s pomočjo učitelja, spozna, da je barva, ki jo opazimo skozi
45
vzporedna polarizatorja komplementarna barvi, ki se pojavi v primeru prekrižanih
polarizatorjev.
2. Razišči kaj se zgodi v primeru, ko vzporednim slojem selotejpov dodaš različno število
selotejpov, ki so pravokotno orientirani. Zapiši opažanja (pomagaj si z zgornjo tabelo).
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
Učenec spozna, da ko v primeru vzporednih slojev selotejpov dodamo selotejp, ki ga lepimo
pravokotno na vzporedni sklad selotejpov, se barve med seboj »odštevajo« (npr. Med
vzporednima polarizatorjema imamo vzporedno nalepljene tri sloje selotejpov (vijolična
barva), kateri dodamo v pravokotni smeri eno plast selotejpa, dobimo cian barvo. Enako barvo
opazimo v primeru zgolj dveh vzporedno lepljenih selotejpov, ki ju opazujemo med vzporednima
polarizatorjema).
3.4.5 AKTIVNOST 5 – OPAZOVANJE BARV S TRETJIM POLARIZATORJEM
PRIPOROČILA ZA UČITELJA
To aktivnost učenci izvajajo v skupini. Za izvedbo aktivnosti potrebuje vsaka skupina:
✓ selotejp
✓ objektno stekelce
Vsaka skupina ima vse pripomočke že od predhodne naloge.
Pri tej aktivnosti učenci usvojijo naslednje cilje:
• C1: Učenec spozna zaporedje barv, po katerem se »premika«, ko med drugi in tretji
polarizator lepi dodatne plasti selotejpa in jih opazuje skozi tretji polarizator.
• C2: Učenec spozna, kadar med drugim in tretjim polarizatorjem ni selotejpa,
polarizatorja pa sta vzporedna, vidimo barvo, ki jo zaznamo skozi drugi polarizator, ko
opazujemo selotejp med prvim in drugim polarizatorjem.
• C3: Učenec se spomni, kadar med drugim in tretjim polarizatorjem ni selotejpa,
polarizatorja pa sta prekrižana, skoznju ne prehaja svetloba.
46
Učitelj učence pri eksperimentiranju spodbuja. Ko učenci zapišejo ugotovitve, je smiselno, da
ugotovitve vsaka skupina predstavi na svojem primeru. Za konec povzamejo ugotovitve.
Učenec na cvetličarsko folijo prilepi polarizator. Na polarizator nalepi eno plast selotejpa. Na
selotejp prilepi analizatorja, ki imata s spodnjim polarizatorjem prepustni smeri vzporedni
(slika 52, leva stran) in pravokotni (slika 52, desna stran). Opazimo, da se selotejp obarva modro
(vzporedni prepustni smeri) oziroma rumeno (pravokotni prepustni smeri).
Slika 52: Opazovanje barve, ki se pojavi, ko med prvi in drugi polarizator nalepimo eno plast selotejpa. Spodnji polarizator
(polarizator, ki ga lepimo na cvetličarsko folijo) lepimo tako, da imata prepustni smeri pravokotni.
Ko zgoraj opisano postavitev opazujemo skozi tretji polarizator, opazimo naslednje, kadar sta
drugi in tretji polarizator med seboj pravokotna ne opazimo barv, saj polarizator skozi katerega
opazujemo ne prepušča svetlobe. Ko sta drugi in tretji polarizator vzporedna opazimo, da se
barva ne spremeni. Barva je enaka kot pri opazovanju svetlobe, pri prehodu skozi prva dva
polarizatorja, ki imata med seboj plast selotejpa (slka53).
Slika 53: Ko opazujemo selotejp nalepljen med prvi in drugi polarizator skozi tretji polarizator, vidimo, da polarizator svetlobe
ne prepušča, ko sta drugi in tretji polarizator prekrižana. V primeru, ko sta drugi in tretji polarizator vzporedna pa je barva
enaka barvi pri opazovanju brez tretjega polarizatorja.
Na drugi polarizator dodamo dve dodatni plasti selotejpa, ki sta med seboj vzporedni in
opazujemo barvo, ki se pojavi pri opazovanju skozi tretji polarizator. Pri opazovanju skozi tretji
polarizator predlagam, da selotejp ponovno nalepimo med dva polarizatorja, pri čemer drugi
polarizator nalepimo zgolj v eni smeri, saj se učenci lažje osredotočijo na določanje barve, ki
jo opazimo skozi tretji polarizator in določanje pravila za nastanek barv. Kadar drugi polarizator
47
orientiramo v pravokotnih si smereh (opisano zgoraj) pri opazovanju vidimo preveč barv, kar
zna biti za učenca, ki prvič opazuje pojav moteče (slika 54).
Slika 54: Na drugi polarizator dodamo dve polasti selotejpa in opazujemo skozi tretji polarizator.
Ko med vzporedna polarizatorja nalepimo eno plast selotejpa (modra barva) in na drugi
polarizator nalepimo še dve plasti selotejpa, ter skozi tretji polarizator opazujemo (slika 55 in
slika 56) opazimo:
• vijolično barvo (P2ǁP3) = modra (1 plast selotejpa P1ǁ P2) + magenta (2 plasti selotejpa
P2ǁP3)
Slika 55: Med vzporedni prvi in drugi polarizator nalepimo eno plast selotejpa (modra), na drugi polarizator v vzporedni smeri
dodamo še dve plasti selotejpa. Skozi tretji polarizator, ki je vzporeden drugemu polarizatorju vidimo magento, na stičišču
selotejpov (prva in druga plast) pa vijolično barvo.
• svetlo modro barvo (P2 ⊥ P3) = modra (1 plast selotejpa P1ǁ P2) + cian (2 plasti
selotejpa P2 ⊥ P3).
48
Slika 56: Med vzporedni prvi in drugi polarizator nalepimo eno plast selotejpa (modra), na drugi polarizator v vzporedni smeri
dodamo še dve plasti selotejpa. Skozi tretji polarizator, ki je pravokoten drugemu polarizatorju vidimo cian barvo, na stičišču
selotejpov (prva in druga plast) pa svetlo modro barvo.
NALOGE:
1. Razišči kaj se zgodi, ko je med prvim in drugim polarizatorjem plast selotejpa, v isti
ravnini dodamo še selotejp na drugi polarizator, vse skupaj pa opazujem skozi tretji
polarizator.
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
Učenec spozna naslednje, če med drugi in tretji polarizator nalepimo selotejp je smer po kateri
se pomikamo po zaporedju barv sledeča: Npr. Ko med vzporedna polarizatorja nalepimo eno
plast selotejpa (modra barva) in na drugi polarizator nalepimo še dve plasti selotejpa, ter skozi
tretji polarizator opazujemo, opazimo vijolično barvo (𝑃2 ⊥ 𝑃3) = modra (1 plast selotejpa
𝑃1ǁ 𝑃2) + magenta (2 plasti selotejpa 𝑃2 ⊥ 𝑃3)in svetlo modro barvo (𝑃2ǁ𝑃3) = modra (1 plast
selotejpa 𝑃1ǁ 𝑃2) + cian (2 plasti selotejpa 𝑃2ǁ𝑃3).
2. Razišči kaj se zgodi, ko je med prvim in drugim polarizatorjem plast selotejpa, med
drugim in tretjim polarizatorjem pa ni selotejpa. Ali se ugotovitve razlikujejo v primeru,
ko sta drugi in tretji polarizator vzporedna oziroma prekrižana?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
49
Učenec spozna naslednje, če med drugim in tretjim polarizatorjem ni selotejpa, polarizatorja
pa sta vzporedna vidimo barvo, ki jo zaznamo skozi drugi polarizator, ko opazujemo selotejp
med prvim in drugim polarizatorjem. Učenec spozna, da v primeru ko med drugim in tretjim
polarizatorjem ni selotejpa, polarizatorja pa sta pravokotna ne zaznamo barv (analizator ne
prepušča svetlobe).
3.4.6 AKTIVNOST 6 - IZDELAVA BARVNEGA KOLAŽA
PRIPOROČILA ZA UČITELJA
Pri prvi nalogi učenci s selotejpi izdelajo enostaven motiv, ki ga prilepijo na cvetličarsko folijo.
Cilj je, da spoznanja, ki so jih usvojili pri 4. aktivnosti uporabijo na konkretnem primeru. Če
potrebujejo učenci namige jih učitelj usmerja.
Učenci se pri nalogi seznanijo z načinom lepljenja selotejpa, tako, da lahko iz njega izrežejo
motiv in prilepijo na podlago (slika57).
Slika 57: Iz selotejpa izrežemo motiv in ga prilepimo na podlago.
Predlagam, da selotejpe lepimo enega zraven drugega na podlago, tako da število slojev
selotejpa ustreza željeni barvi. Nato sklad selotejpa odlepimo od podlage, izrežemo motiv in
prilepimo na podlago. Med prekrižana oziroma vzporedna polarizatorja vstavimo podlago in
preverimo ali nam je izrezovanje motiva uspelo, kot smo si zamislili (slika 58). V primeru, ko
želimo npr. med vzporednima polarizatorjema motiv modre barve (ena plast selotejpa),
predlagam, da prilepimo najprej dve vzporedni plasti in nato eno plast selotejpa v pravokotni
smeri. Tako dobimo sklad selotejpov, ki ga odlepimo od podlage in nato izrežemo. Lahko pa
celoten motiv naredimo tako, da je med vzporednima polarizatorjema zelen (štiri vzporedne
50
plasti selotejpa), nato pa na preostale dele motiva v pravokotni smeri lepimo različne plasti
selotejpa, ter s tem spremenimo začetno barvo motiva.
Slika 58: Med vzporednima polarizatorjema opazujemo motiv, ki smo ga prilepili na podlago.
Do sedaj so se učenci seznanili z načrtovanjem barv, ki nastanejo med prekrižanimi oziroma
vzporednim polarizatorji in rezanjem motivov. Pri drugi nalogi začnejo z izdelovanjem
barvnega kolaža, kjer z lepljenjem selotejpov in polarizatorjev v ustrezni smeri izdelajo dve
sliki v eni sami. Cilj druge naloge je, da učenec spozna, da mora drugi polarizator izrezati v
obliki dela vzorca (npr. v obliki cveta). Polarizator mora biti izrezan tako, da je prepustna smer
s prvim polarizatorjem (prepustna smer ves čas enaka) vzporedna oziroma pravokotna. Pri
opazovanju slike skozi tretji polarizator, bo tretji polarizator absorbiral svetlobo, ki bo prehajala
skozi dele drugega polarizatorja natanko tedaj, ko bosta prepustni smeri drugega in tretjega
polarizatorja pravokotni in med njima ne bo selotejpa. Zato marajo biti vsi deli motiva skozi
katere prehaja svetloba in želimo, da jo tretji polarizator absorbira orientirani v isti smeri. Če
želimo, da je pri opazovanju skozi tretji polarizator absorbirana vsa svetloba, ki prehaja skozi
prepustno smer drugega polarizatorja, orientiramo vse te motive pravokotno ali vzporedno na
prvi polarizator. V našem primeru (slika 59) vse cvetne liste – drugi polarizator orientiramo
tako, da je drugi polarizator pravokoten glede na prvega. V primeru središča cveta pa polarizator
prilepimo tako, da je prepustna smer vzporedna s prepustno smerjo prvega polarizatorja. Pri
opazovanju skozi tretji polarizator v primeru, ko sta drugi in tretji polarizator pravokotna in je
drugi polarizator pravokoten na prvega je absorbirana vsa svetloba, ki prehaja skozi motiv
listnih cvetov. Prepuščena pa je svetloba, ki prehaja skozi motiv središča rože (slika 59).
51
Slika 59: Skica motiva, kjer želimo da cvetki rože pri opazovanju skozi tretji polarizator izginejo. Prepustna smer cvetov je
zato enako orientirana.
Vsi polarizatorji, ki jih prilepimo na podlago, imajo prepustno smer enako orientirano. Na
polarizator prilepimo motiv, ki ga izrežemo iz selotejpov različnih slojev, tako da dobimo
željene barve. Drugi polarizator v ustrezni smeri prilepimo na selotejp. Pazimo na pravilno
orientiranost polarizatorjev, saj bodo le tako željeni deli pri opazovanju skozi tretji polarizator
ostali vidni oziroma zatemnjeni.
Na sliki 56 je primer cveta. Z zelenimi puščicami so označene prepustne smeri prvega
polarizatorja. Z modrimi puščicami pa prepustne smeri drugega polarizatorja. Ko opazujemo
sliko skozi tretji polarizator, ki ima vzporedno prepustno smer glede na prepustno smer prvega
polarizatorja (zelene puščice), vidimo zgolj središče rože. Ko opazujemo sliko skozi tretji
polarizator, ki ima pravokotno prepustno smer glede na prepustno smer prvega polarizatorja,
vidimo vse cvetne liste, središče rože pa je črno.
Da pri opazovanju skozi tretji polarizator ne opazimo zgolj središča rože (krogec črne barve),
saj pri tretji nalogi učenec na drugi polarizator doda selotejp (slika 60). Pri tem upošteva
spoznanja, ki jih je usvojil pri prvi nalogi pete aktivnosti.
Slika 60: Pri opazovanju slike skozi tretji polarizator, tako, da sta prepustni smeri prvega in tretjega polarizatorja
pravokotni opazimo zgolj krogec (središče rože).
52
Z lepljenjem selotejpa na drugi polarizator, lahko sliko dopolnimo do motiva mačke (slika 61).
Deli selotejpa, ki jih prilepimo na drugi polarizator so označeni z rdečo barvo.
Ko bosta prvi in tretji polarizator med seboj pravokotna, bomo videli sliko rože s pecljem, pri
čemer bo središče rože (krogec) črn - oči in nos pa bodo obarvani. Cvet, kjer ima mačka trup
bo drugače obarvan od preostalega dela.
Ko bosta prvi in tretji polarizator med seboj vzporedna pa bomo videli samo sliko mačke.
NALOGE
1. Na cvetličarsko folijo z ustreznim lepljenjem selotejpov izdelaj motiv, ki ga boš
opazoval med vzporednima in prekrižanima polarizatorjema. Za pomoč naj ti bodo
ugotovitve 4. naloge.
2.
a) Nariši skico (na skici označeno z modro) enostavnega motiva, tako, da iz njega lahko
dobiš sliko v sliki. To pomeni, da če dele motiva odstraniš oziroma dodaš motivu
elemente dobiš drugo sliko (na skici označeno zeleno). Na skici imaš primer.
Slika 61: Primer slike v sliki.
b) Na sliki označi dele, ki želiš, da pri drugi sliki izginejo.
c) Na sliko nariši dele, ki jih potrebuješ, da prvo sliko dopolniš do druge. Pri čemer
upoštevaj, da delov slike, ki si jih označil pri točki b) ni.
3.
a) Na podlago prilepi polarizatorje tako, da imajo vsi enako orientirane prepustne
smeri.
b) Na prvi polarizator iz selotejpa izdelaj motiv, ki predstavlja prvo sliko.
c) Kaj se zgodi, ko selotejp, nalepljen med prvi in drugi polarizator, opazuješ s tretjim
polarizatorjem, ki ima prepustni smeri vzporedni/pravokotni glede na prepustno
53
smer drugega polarizatorja? Pomagaj si z ugotovitvijo zapisano pri drugi nalogi pete
aktivnosti.
d) Kako morajo biti orientirani polarizatorji (slika 62), ki jih lepiš na dele slike in jih
želiš oziroma ne želiš videti? Na skici označi prepustne smeri prvega in drugega
polarizatorja. V pomoč ti je lahko spodnja skica, kjer so označene prepustne smeri
prvega polarizatorja (zelena) in drugega polarizatorja (modra).
Slika 62: Na sliki so označene prepustne smeri prvega (zeleno) in drugega (modro) polarizatorja.
e) Na selotejpe v ustrezni smeri nalepi drugi polarizator.
f) Na drugi polarizator s selotejpi nalepi dele slike, ki prvo sliko dopolnijo do druge
(slika 63). Vse skupaj opazuj skozi tretji polarizator. Za pomoč naj ti bo spodnja
skica, kjer so deli slike, ki jih potrebujemo dodati obarvani rdeče.
Slika 63: Na skici so z rdečo označeni deli slike, ki jih je potrebno dodati, da dobimo drugo sliko.
54
4 ZAKLJUČEK
Uporabo dvolomnih snovi učenci srečajo vsakodnevno: v prikazovalnikih LCD, 3D očalih in v
zaslonih merilnih naprav. Uporabe le teh pa se pogosto ne zavedajo. V enem od vsebinskih
sklopov v učnem načrtu je zapisan operativni učni cilj, ki pravi, da naj učenci spoznajo sodobno
napravo in se seznanijo z njenim delovanjem. Z aktivnostjo izdelovanja barvnega kolaža, ki
sem jo opisala v svojem magistrskem delu, dosežemo zgoraj opisan učni cilj. Tekom aktivnosti
se učenci na izkustvenem nivoju seznanijo, kaj se zgodi s svetlobo, ki se širi skozi dvolomno
snov, spoznajo delovanje nečesa, s čimer se vsakodnevno srečujejo, tekom same aktivnosti pa
jim približamo aktualnost in sodobnost fizike.
V teoretičnem delu sem predstavila polarizacijo svetlobe, anizotropne snovi in njihove lastnosti,
dvolomnost, širjenje svetlobe v dvolomni snovi ter nastanek barv pri prehodu svetlobe skozi
optično anizotropno snov. Svetloba je elektromagnetno valovanje, kjer električno in magnetno
polje nihata v med seboj pravokotni smeri, pravokotno na smer širjenja valovanja. Vsaka
svetloba, za kateri lahko v valovanju natančno opredelimo odvisnost električnega in
magnetnega polja od časa in kraja, je polarizirana. Svetlobo polariziramo z uporabo
polarizatorja. Človeško oko ne zazna razlike med nepolarizirano svetlobo, ki vpada na
polarizator, in polarizirano svetlobo, ki prehaja skozi polarizator in anizotropni vzorec. Zato
polarizirano svetlobo analiziramo z dodatnim polarizatorjem, ki ga imenujemo analizator.
Jakost svetlobe pri prehodu skozi analizator se spreminja s kotom med prepustnima smerema
polarizatorjev. Optično anizotropne snovi v različnih smereh različno vplivajo na širjenje
svetlobe. Optično anizotropne snovi opišemo z dvema lomnima količnikoma za medsebojno
pravokotni polarizaciji. Svetloba je po prehodu skozi prvi polarizator linearno polarizirana.
Linearno polarizirana svetloba vpade na anizotropni vzorec, kjer se v splošnem razdeli na dva
linearno polarizirana delna vala s pravokotnima polarizacijama različnih hitrosti in s tem
različnih lomnih količnikov. Ob izstopu iz anizotropne snovi se fazi posameznih polarizacij
načeloma ne ujameta, zato se pojavi fazna razlika med delnima valoma. Fazna razlika je odvisna
od valovne dolžine vpadne svetlobe, debeline anizotropne snovi in razlike lomnih količnikov
oziroma dvolomnosti. Kakšno bo polarizacijsko stanje svetlobe po prehodu skozi dvolomno
snov je odvisno od fazne razlike in od kota φ, to je kot med prepustno smerjo polarizatorja in
lastno smerjo vzorca. Valovanje različnih valovnih dolžin se po prehodu skozi anizotropni
vzorec različno eliptično polarizira. Analizator valovanje različnih valovnih dolžin različno
absorbira, zato se spekter svetlobe po prehodu skozi analizator razlikuje od spektra, ki vpade
na polarizator. Oko zazna barve. Barva je subjektivna čutna zaznava, ki jo v možganih sproži v
55
oko vpadla svetloba. Oko ima tri vrste barvnih receptorjev, ki so občutljivi na rdečo, modro in
zeleno barvo, s katerimi lahko večina ljudi z normalnim vidom aditivno upodobi vse spektralne
barvne učinke.
V praktičnem delu sem predstavila zbirko aktivnosti. Zbirka aktivnosti omogoča učitelju, da z
učenci izvede nabor eksperimentov, kjer učenci spoznavajo pod katerimi pogoji nastanejo barve
pri prehodu svetlobe skozi materiale, ki ne vsebujejo barvil. Pred vsako aktivnostjo so zapisani
pripomočki, ki jih potrebujemo za izvedbo, navodila učitelju, kako jih pripraviti pred izvedbo
aktivnosti, za lažjo predstavo so priložene tudi fotografije. Učenci fizikalne zakonitosti
spoznajo na izkustvenem nivoju, saj je teoretična razlaga fizikalnih pojavov glede na
predznanje učencev v osnovni šoli prezahtevna. Fizikalne zakonitosti, ki jih učenci spoznajo
tekom vodenih aktivnosti učencem pomagajo samostojno izdelati enostavni barvni kolaž.
Pri prvi aktivnosti se učenci naučijo rokovati s polarizatorjema, s polarizatorjem določijo ali je
svetloba, ki se odbija od predmeta oziroma svetloba, ki jo oddaja predmet polarizirana,
nepolarizirana ali delno polarizirana, kako se spreminja intenziteta svetlobe pri spreminjanju
kota med polarizatorjema in se seznanijo s terminologijo (prepustna smer polarizatorja,
polarizacija svetlobe, prekrižana in vzporedna polarizatorja). Pri drugi aktivnosti učenci
spoznajo, da običajno snovi ne spreminjajo lastnosti svetlobe v odvisnosti od smeri, ko jih
opazujemo med vzporednima in prekrižanima polarizatorjema. Obstajajo pa snovi, ki pri
sukanju med prekrižanim in vzporednim polarizatorjem spreminjajo lastnosti svetlobe
(intenziteta, barva). Pri snoveh, ki med prehodom svetlobe skoznje spremenijo lastnosti
prehoda svetlobe obstajata dve med seboj pravokotni orientaciji anizotropne snovi, skozi katero
svetloba ne prehaja. Pri tretji aktivnosti učenci določijo lastne osi anizotropnega vzorca med
prekrižanima polarizatorjema in določijo kot, med lastno smerjo vzorca in prepustno smerjo
enega od polarizatorjev, ko je intenziteta barve največja. Pri četrti aktivnosti učenci spoznajo,
da ko selotejp lepimo vzporedno enega vrh drugega se barve spreminjajo. Določijo barve, glede
na število slojev med vzporednima in prekrižanima polarizatorjema. Spoznajo, da je barva, ki
jo opazimo skozi vzporedna polarizatorja komplementarna barvi, ki se pojavi v primeru
prekrižanih polarizatorjev. Ko vzporednim slojem selotejpov dodamo selotejp, ki ga lepimo
pravokotno na vzporedni sklad selotejpov, se barve med seboj »odštevajo«. Pri peti aktivnosti
učenci spoznajo zaporedje barv, po katerem se »premikamo«, ko med drugi in tretji polarizator
lepimo dodatne plasti selotejpa in jih opazujemo skozi tretji polarizator. Kadar med drugim in
tretjim polarizatorjem ni selotejpa, polarizatorja pa sta vzporedna, vidimo barvo, ki jo zaznamo
skozi drugi polarizator, ko opazujemo selotejp med prvim in drugim polarizatorjem. Pri šesti
56
aktivnosti učenci tekom vodene aktivnosti izdelajo enostavni barvni kolaž. Ob tem uporabijo
vsa spoznanja, ki so jih skozi aktivnosti usvojili. Z aktivnostjo, ki sem jo opisala, sem želela da
učenci razvijejo idejo, da so potrebni trije polarizatorji in prozorne anizotropne folije, da lahko
oblikujemo dve sliki v eni sami. Pri tem je pomembna medsebojna orientacija polarizatorjev in
folij, kar omogoči, da vidimo eno sliko brez tretjega polarizatorja, drugo pa z njim. Z nalogo
sem želela ugotoviti, ali je aktivnost primerna in obvladljiva na osnovnošolski ravni ter katera
znanja in veščine učenci usvojijo. Zanimala me je tudi časovna, materialna in organizacijska
zahtevnost predlagane dejavnosti. Zaradi razmer, v letošnjem šolskem letu zaradi COVID19
izvedba aktivnosti in analiza nista bili izvedljivi.
57
5 VIRI
Babič, V. (2016a). Anizotropija v snoveh - optična dvolomnost in demonstracija
komplementarnih barv (1. del). Fizika v šoli, 21(1), 20-27.
Babič, V. (2016b). Anizotropija v snoveh - optična dvolomnost in demonstracija
komplementarnih barv (2. del). Fizika v šoli, 21(2), 8-14.
Babič, V., Čepič, M. (2009). Complementary colours for a physicist. Eur. J. Phys., 30, 793-806.
Čepič, M. (2012). Knitted patterns as a model for anisotropy. Phys. Educ., 47, 456-461.
Dall`Agnoll, F.F., Engelsen, D. (2012). Colors from polarizers and briefringent films. Revista
Brasileria de Ensino de Fisica, 34, 1-7.
Drašković, D. (2012). Segrevanje snovi z mikrovalovi brez konvekcije (Diplomsko delo).
Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Ljubljana.
Edwards, S. J., Langley, A.J. (1984). On producing colours using briefringence property of
transparent, colourless stretched cellophane. Leonardo, 14, 187-190.
Emanim – animations of electromagnetic waves.Pridobljeno s: https://emanim.szialab.org/.
Lesar, U. (2015). Pomen barvnih modelov za poučevanje o barvi v osnovni šoli (Magistrsko
delo) Univerza v Ljubljani, Pedagoška Fakulteta, Ljubljana.
Pečar, M. (2016). Konoskopija in poučevanje anizotropnih optičnih lastnosti snov (Doktorska
disertacija). Univerza v Ljubljani, Pedagoška fakulteta, Ljubljana. Pridobljeno s:
https://repozitorij.uni-lj.si/Dokument.php?id=106436&lang=slv .
Pečar, M.; Čepič, M. (2015). Conoscopic figure: a complex consequence of a not so simple
phenomenon, Eur. J. Phys., 36.
Strnad, J. (2018). Fizika 2. del, DMFA
The Physics Classroom: Polarization. (2020). Pridobljeno s:
https://www.physicsclassroom.com/class/light/Lesson-1/Polarization
Ministrstvo RS za šolstvo in šport, Zavod RS za šolstvo. (2011). Program osnovna šola,
Fizika, Učni načrt. Ljubljana. Pridobljeno s:
https://www.gov.si/assets/ministrstva/MIZS/Dokumenti/Osnovna-sola/Ucni-
nacrti/obvezni/UN_fizika.pdf.
Wood Comarow, A. (2020). Austine. Pridobljeno s: https://www.austine.com/
58
6 PRILOGE
6.1 DELOVNI LIST
NARAVOSLOVNA DELAVNICA – BARVNI KOLAŽ
BREZ BARVIL
PREPUSTNOST SVETLOBE PRI PREHODU SKOZI
POLARIZATOR
1. Skozi polarizator vedno opazuj tako, da je označena stran na polarizatorju
obrnjena proti tebi (O). Svetloba, ki jo oddaja svetilo oziroma se odbija od
predmeta naj vpada pravokotno na polarizator. Polarizator suči pravokotno na
ravnino polarizatorja (skica)
Skozi polarizator opazuj spodaj našteta svetila/predmete
✓ dnevno svetlobo, ki pada skozi okno
✓ svetlobo, ki jo oddaja računalniški zaslon
✓ svetlobo, ki prehaja skozi stekla polarizacijskih sončnih očal
✓ svetlobo, ki se odbija od plastičnih/kamnitih tal
✓ svetlobo, ki jo oddaja mobilni telefon
✓ svetlobo, ki jo oddaja namizna svetilka
✓ svetlobo, ki prehaja skozi sošolcev polarizator
59
Kakšno razliko opaziš pri opazovanju svetlobe različnih virov s polarizatorjem in brez
polarizatorja?
__________________________________________________________________________
2. V tabelo vpiši predmete glede na spremembo osvetljenosti med opazovanjem skozi
polarizator, ki ga sučeš in opazovanjem s prostim očesom.
Največja sprememba Delna sprememba Ni spremembe
Predmet/svetilo
3. Sedaj na prvi polarizator dodaj drugi polarizator. Prvi polarizator ima narisano
prepustno smer z dvoglavo puščico. Prepustna smer polarizatorja pomeni, da
polarizator svetlobo, ki je polarizirana pravokotno na to smer vpija. Suči enega od
polarizatorjev dokler ne najdeš legi polarizatorjev, da svetloba skoznju ne prehaja.
Pravimo, da sta polarizatorja prekrižana in sta prepustni smeri med seboj
pravokotni. Na drugem polarizatorju označi prepustno smer z dvoglavo puščico.
4. S sukanjem enega od polarizatorjev določi kako sistem polarizatorjev prepušča
svetlobo pri različnih kotih. Za opis kota uporabi kot med prepustnima smerema
polarizatorjev.
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
_____________________________________________________________________
6. Nariši skico polarizatorjev, ki prikazuje prepuščeno svetlobo skozi:
• prekrižana polarizatorja
• vzporedna polarizatorja (ko sta polarizatorja prekrižana enega zasučemo
za 90°)
• polarizatorja, ki imata poljuben kot med prepustnima smerema
60
Na skici označi intenziteto prepuščene svetlobe, prepustni smeri polarizatorjev, ter označi
kot, ki ga oklepata prepustni smeri polarizatorjev. Intenziteto prepuščene svetlobe označi
na delu skice kjer se polarizatorja prekrivata:
• s črno barvo, ko je intenziteta prepuščene svetlobe minimalna
• s sivo barvo, ko je intenziteta prepuščene svetlobe med minimalno in maksimalno
vrednostjo
• ko je intenziteta prepuščene svetlobe maksimalna ostane del, kjer se polarizatorja
prekrivata neoznačen oziroma nepobarvan
OPTIČNO IZOTROPNE IN ANIZOTROPNE SNOVI
Za izvedbo naloge potrebuješ:
✓ kos stekla
✓ pleksi steklo
✓ prozorno plastično žlico
✓ celofan
✓ prozorno folijo za zavijanje hrane
✓ selotejp (prilepljen na objektno stekelce)
1. Med prekrižanima in vzporednima polarizatorjema suči zgoraj naštet predmete.
V tabelo zapiši pri katerih predmetih sistem prepušča svetlobo, pri katerih sistem
ne prepušča svetlobe in pri katerih vidiš barvo. V zadnji stolpec zapiši, ali je
predmet optično izotropen ali anizotropen.
Snovi, ki jih vstavimo med prekrižana ali vzporedna polarizatorja in pri nekaterih
orientacijah spremenijo lastnosti svetlobe po prehodu (barvo, intenziteti), so optično
anizotropne.
Snovi, ki jih vstavimo med prekrižana ali vzporedna polarizatorja in pri nobeni
izmed orientacij ne spremenijo lastnosti svetlobe po prehodu (barvo, intenziteto), so
optično izotropne.
61
Vzporedna
polarizatorja
Prekrižana
polarizatorja
Optično
anizotropen/izotropen
predmet
Kos stekla
Pleksi steklo
Cvetličarska folija
Prozorna plastična
žlica
Celofan
Prozorna folija za
zavijanje hrane
Selotejp
1. Ali obstajajo smeri optično anizotropnih predmetov, ko med prekrižanima
polarizatorjema ne prehaja svetloba? Koliko je takih smeri? Kakšen kot oklepajo?
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
SELOTEJP IN LASTNE OSI
Pri tej aktivnosti potrebuješ selotejp prilepljen na objektno stekelce.
1. S sukanjem selotejpa med prekrižanima polarizatorjema določi legi, ko je selotejp
videti črn (skozenj ne prehaja svetloba). Na selotejpu označi smeri (glede na
prepustno smer enega od polarizatorjev), ko je selotejp črn. Ti dve smeri
imenujemo lastni smeri selotejpa.
2. Ko damo eno izmed lastnih smeri pod kotom 45 ° glede na prepustno smer enega
izmed polarizatorjev je intenziteta barve najbolj intenzivna. V nadaljevanju bomo
selotejp ves čas vstavljali med polarizatorje tako, saj želimo, da je intenziteta barve
maksimalna.
Med polarizatorja vstavi selotejp, kot je opisano zgoraj. Preveri trditev in nariši
skico postavitve.
BARVA V ODVISNOSTI OD ŠTEVILA SLOJEV SELOTEJPA
(VZPOREDNIH, PRAVOKOTNIH)
62
1. Spreminjaj število (N) vzporedno lepljenih slojev selotejpa in opazuj barve, ki
se pojavijo med vzporednima (VP) in prekrižanima polarizatorjema (PP).
Izpolni spodnjo tabelo.
Število slojev selotejpa (N) Barva med VP Barva med PP
1
2
3
4
5
6
10
12
2. Razišči kaj se zgodi v primeru, ko vzporednim slojem selotejpov dodaš različno
število selotejpov, ki so pravokotno orientirani. Zapiši opažanja (pomagaj si z
zgornjo tabelo).
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
OPAZOVANJE BARV S TRETJIM POLARIZATORJEM
1. Razišči kaj se zgodi, ko je med prvim in drugim polarizatorjem plast selotejpa, v
isti ravnini dodamo še selotejp na drugi polarizator, vse skupaj pa opazujem skozi
tretji polarizator.
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
63
2. Razišči kaj se zgodi, ko je med prvim in drugim polarizatorjem plast selotejpa,
med drugim in tretjim polarizatorjem pa ni selotejpa. Ali se ugotovitve razlikujejo
v primeru, ko sta drugi in tretji polarizator vzporedna oziroma prekrižana?
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
___________________________________________________________________________
IZDELAVA BARVNEGA KOLAŽA
1. Na cvetličarsko folijo z ustreznim lepljenjem selotejpov izdelaj motiv, ki ga boš
opazoval med vzporednima in prekrižanima polarizatorjema. Za pomoč naj ti
bodo ugotovitve 4. naloge.
2.
a) Nariši skico (na skici označeno z modro) enostavnega motiva, tako, da iz njega
lahko dobiš sliko v sliki. To pomeni, da če dele motiva odstraniš oziroma dodaš
motivu elemente dobiš drugo sliko (na skici označeno zeleno). Na skici imaš
primer.
b) Na sliki označi dele, ki želiš, da pri drugi sliki izginejo.
c) Na sliko nariši dele, ki jih potrebuješ, da prvo sliko dopolniš do druge. Pri čemer
upoštevaj, da delov slike, ki si jih označil pri točki b) ni.
3.
a) Na podlago prilepi polarizatorje tako, da imajo vsi enako orientirane prepustne
smeri.
b) Na prvi polarizator iz selotejpa izdelaj motiv, ki predstavlja prvo sliko.
64
c) Kaj se zgodi, ko selotejp, nalepljen med prvi in drugi polarizator, opazuješ s
tretjim polarizatorjem, ki ima prepustni smeri vzporedni/pravokotni glede na
prepustno smer drugega polarizatorja? Pomagaj si z ugotovitvijo zapisano pri
drugi nalogi pete aktivnosti.
d) Kako morajo biti orientirani polarizatorji, ki jih lepiš na dele slike, ki jih želiš
oziroma ne želiš videti? Na skici označi prepustne smeri prvega in drugega
polarizatorja. V pomoč ti je lahko spodnja skica, kjer so označene prepustne
smeri prvega polarizatorja (zelena) in drugega polarizatorja (modra).
e) Na selotejpe v ustrezni smeri nalepi drugi polarizator.
g) Na drugi polarizator s selotejpi nalepi dele slike, ki prvo sliko dopolnijo do
druge. Vse skupaj opazuj skozi tretji polarizator. Za pomoč naj ti bo spodnja
skica, kjer so deli slike, ki jih potrebujemo dodati obarvani rdeče.