Lekce Periskop

Cíl lekce:

Žáci se dozvědí, co je to periskop, na jakém principu funguje a k čemu se používá. Získané znalosti si ověří na vlastním modelu periskopu.

Zeptejte se Vašich dětí:

Co je to světlo a jak vzniká?
Dokážete vyjmenovat předměty, od kterých se světlo odráží?
Co je to periskop?
Kde se používá periskop?
Díky čemu jste v periskopu viděli?
Jaký je princip zrcadel v periskopu?
Znáte další přístroj, který pracuje na podobném principu?

Optika

Optika se zabývá zkoumáním podstaty světla a zákonitostí světelných jevů, které vznikají při šíření světla a při vzájemném působení světla a látky. Do optiky lze též zahrnout i účinky světelného záření zkoumané v chemii, biologii, lékařství, psychologii… Optika patří spolu s mechanikou k nejstarším oborům fyziky. Souvisí to s tím, že člověk získává zrakem více než 80 % informací o světě. Optika umožnila proniknout i do oblastí lidským okem nedostupných.

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

Světlo

Světlo je příčné elektromagnetické vlnění, které ke svému šíření nepotřebuje žádné látkové prostředí (šíří se tedy např. i vakuem). Stejně jako jiné druhy vlnění, charakterizuje i světlo vlnová délka. Jako světlo se označuje elektromagnetického vlnění, na které je citlivý lidský zrakový orgán. Fyziologický vjem, zvaný vidění, vyvolává elektromagnetické vlnění o vlnových délkách 390 nm až 790 nm.
Světlo různých frekvencí vyvolává u člověka různý vjem, který charakterizujeme jako barva světla. Světelný interval je vymezen fialovou barvou (o vlnové délce 390 nm) a červenou barvou (o vlnové délce 790 nm). Toto vymezení je ale orientační, protože je ovlivňováno individuálními vlastnostmi lidského zraku. Navíc nejcitlivější je oko na barvu žlutozelenou (o vlnové délce 550 nm).
Skládáním světel různých barev se zabývá kolorimetrie, jejíž poznatky jsou důležité např. pro přenos, záznam a reprodukci signálu barevné televize…

Šíření světla

Šíření světla je ovlivněno vlastnostmi prostředí, jímž světlo prochází. Mohou nastat tyto případy:

průchod světla (téměř) beze změny - čiré prostředí (sklo, voda…)
absorpce světla - projde jen světlo určitých vlnových délek (barevné filtry…)
rozptyl (disperze) světla - nepravidelně se mění směr šíření světla (matné prostředí)
odraz světla - světlo prostředím neprochází, ale odráží se (zrcadla…)

Látky, kterými světlo prochází, označujeme jako optické prostředí. To může být:

průhledné - prostředí, v němž nedochází k rozptylu světla. Prostředí může být čiré (sklo, voda…) nebo barevné (potom propouští jen světlo některých vlnových délek). Tímto prostředím je vidět.
průsvitné - světlo se prostředím šíří, ale zčásti se rozptyluje (mléčné sklo, voda s mlékem…). Toto prostředí lze „prosvítit“.
neprůhledné - světlo se v něm silně pohlcuje nebo se na povrchu odráží

Odraz světla

Dopadá-li světlo na rozhraní dvou optických prostředí (o různých indexech lomu), pak se částečně odráží a částečně prochází z jednoho prostředí do druhého. Tento jev nazýváme odraz a lom světla.

Zákon odrazu

Dopadá-li světlo na rozhraní dvou prostředí pod úhlem a, odráží se s úhlem a'. Velikost úhlu odrazu a' se rovná velikosti úhlu dopadu a, tj. a = a'. Odražený paprsek leží v rovině dopadu. Při odrazu a lomu světla platí zákon záměnnosti paprsků, tzn. dopadající a odražený, popř. dopadající a lomený paprsek lze vzájemně zaměnit.

Periskop

Periskop je optické zařízení, které umožňuje výhled ze zakrytého místa. Název periskop pochází z řeckého slova znamenajícího „obhlížím“. Periskop umožňuje boční posun přijímaného světelného paprsku a využívá odrazu světelných paprsků na rovinných zrcadlech. Periskop funguje na principu vertikálního tubusu na koncích opatřeného zrcadly nakloněnými v 45° úhlu tak, aby navzájem odrážel vnější obraz. Paprsek se tak odráží od prvního zrcadla ke druhému a od něj pak k pozorovateli. Obraz není stranově převrácený, protože převrácení od jednoho zrcadla se vyruší odrazem od druhého. Nejjednodušší periskop je tvořen dvojicí zrcadel, z nichž první odrazí světelný paprsek kolmo k původnímu směru a druhé zpět do původního směru, jen posunutý o vzdálenost zrcadel.

Princip periskopu
A - Periskop se dvěma rovinnými zrcadly
B - Periskop se dvěma hranoly
1 - 2 - Zrcadla
3 - 4 - Hranoly
5 - 6 - Oko pozorovatele
7 - 8 - Tubus
H - Optická výš
Obrázek Simpleperiscopes od Tamasflex [CC BY-SA 3.0] via Wikimedia commons

Použití periskopu

Používá se především ve vojenství, kde umožňuje výhled, aniž by byl pozorovatel vystaven přímé střelbě. Je důležitou součástí vybavení ponorek a bojových vozidel, používá se ale i v mnoha dalších oborech.

Periskopy ponorek

Ponorkový periskop je optická soustava, v níž je kromě zrcadel i soustava čoček. Tento typ periskopu nezmenšuje zorný úhel ani při mnohametrovém posunu paprsku. Periskop používají ponorky při ponoření těsně pod hladinu. Je v nich ale navíc řada čoček, aby mohl periskop fungovat i jako dalekohled.

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

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

Binokulární dělostřelecké zaměřovací systémy

Na principu periskopu pracují i binokulární dělostřelecké zaměřovací systémy. Tyto systémy skládají obraz z dvojice objektivů a na základě paralaxy obrazů cíle umožňují určit jeho vzdálenost. Největší systémy tohoto druhu, vyrobené pro bitevní lodě, měly základnu dlouhou několik metrů.

Pokud vás téma zaujalo a chcete se dozvědět více: