Fyzikální pokus: Fata morgána

Fyzikální pokus: Fata morgána

Fyzika / článek

Dnešní experiment ukazuje fyzikální princip vzniku optického úkazu, který je znám pod názvem fata morgána. Pokud jste ještě neviděli fatu morgánu na pokraji vyčerpání ve vyprahlé poušti, pravděpodobně jste ji viděli alespoň v létě třeba na silnici.

Obrázek č. 2
Obrázek č. 2 

K provedení experimentu je potřeba skleněná nádoba, nejlépe s rovnými stěnami (ideální je kyveta), sůl, voda a laserové ukazovátko. Do nádoby nasypeme sůl do výšky kolem jednoho centimetru a na ni velmi pomalu a opatrně nalijeme vodu. Je dobré nalívat vodu tak, aby pomalu stékala po stěnách (např. pomocí injekční stříkačky) a co nejméně rozvířila sůl nasypanou na dně (obrázek č. 1). Nádobu necháme alespoň hodinu odstát – čím déle, tím bude efekt výraznější. Posvítíme-li poté (nejlépe v zatemněné místnosti) laserovým ukazovátkem do nádoby v blízkosti vrstvy soli, pozorujeme, že se stopa laserového paprsku ve vodě ohýbá (obrázky č. 2 a 3).

Sůl se ve vodě pomalu rozpouští a koncentrace iontů se stoupající výškou nad vrstvou soli klesá. Tím se mění i index lomu vody - tzv. absolutní index lomu:

udává, kolikrát rychleji se světlo šíří ve vakuu (rychlost c) než v daném prostředí - v našem případě ve slané vodě (rychlost v). Situaci, která nastane v nádobě se slanou vodou, si můžeme zjednodušeně představit tak, že nad vrstvou soli jsou vrstvy různě slané vody a na jejich rozhraní dochází k lomu světla (obrázek č. 4). Paprsek přicházející šikmo zprava dopadá na rozhraní – vrchní vrstva má index lomu n1, spodní (slanější) n2. Podle Snellova zákona lomu:

se paprsek zalomí ke kolmici (vyznačena zelenou čarou) - protože n2 > n1 (níže je slanější voda), musí být úhel lomu β menší než úhel dopadu α. Stejná situace nastává na (pomyslných) dalších rozhraních a paprsek se tak zakřivuje.

A jak je to s fatou morgánou zmíněnou v úvodu? Vzduch, který se značně ohřívá od rozpáleného pouštního písku, má různou teplotu v různé výšce a s tím související různý index lomu. Situace je analogická našemu experimentu – představme si, že světlo odražené od palem v oáze přichází na obrázek č. 4 zleva, na rozhraní pomyslných vrstev dochází k jeho lomu a až na „vrchní“ vrstvě k totálnímu odrazu – a znavený cestovatel vidí objekty daleko za horizontem. Typicky na silnici můžeme v létě často pozorovat tzv. spodní zrcadlení – zdá se, že silnice v dálce před námi je mokrá. V tomto případě vidíme odraz obrazu oblohy nad vozovkou.

Zdroj

I. STULÍKOVÁ, A. CALETKA, V. VESELÝ, P. VOSTRÝ, P. ZINBURG. Katalog fyzikálních demonstrací, MFF UK. Praha 1989.


Další pokusy:

Fyzikální pokus: Potápěč
Fyzikální pokus: Těžiště
Fyzikální pokus: Lom světla
Fyzikální pokus: Pokusné vajíčko II
Fyzikální pokus: Voda za víno
Fyzikální pokus: Atmosférický tlak
Fyzikální pokus: Fata morgána
Fyzikální pokus: Aerodynamické paradoxy
Fyzikální pokus: Vířivé proudy v ešusu
Fyzikální pokus: Setrvačnost zavěšeného závaží
Fyzikální pokus: Pokusné vajíčko
Optické klamy 1
Optické klamy 2

Tento článek jsme automaticky naimportovali z předchozího redakčního systému. Pokud se v něm něco pokazilo, dejte nám prosím vědět.