Pokusy s mobilem ve fyzice

Víte, že s mobilem se ve škole dají dělat psí kusy? A to nejenom o přestávkách. Mobil je totiž docela zajímavá pomůcka při výuce fyziky. Podívejte se, jak s jeho pomocí demonstrujete parabolický reflektor, Faradayovu klec nebo polarizaci světla.

Využití mobilního telefonu při školní výuce fyziky

Mobilní telefon je unikátní technické zařízení, které v sobě slučuje celou řadu technických vynálezů z oblasti fyziky. Při výuce jej můžeme použít jako názornou ukázku praktického využití v celé řadě kapitol středoškolské fyziky. Uvedu jejich výčet, který určitě není vyčerpávající.

Mobilní telefon je elektrický přístroj, který svou energii čerpá z elektrochemického zdroje (obvykle NiCd - články), učivo "Elektrický proud v elektrolytech - galvanické články - akumulátory". K nabíjení těchto akumulátorů slouží adaptér, který je tvořen transformátorem s usměrňovačem a stabilizátorem napětí, učivo "Střídavý proud - usměrňovač", také učivo "Elektrický proud v polovodičích - dioda". Na začátku komunikačního kanálu je mluvené slovo, zachycené elektroakustickým měničem - mikrofonem, obvykle kapacitním, učivo "Přenos signálů vlněním - elektroakustické měniče". Získaný elektrický signál je zesilován, učivo "Střídavý proud - zesilovač", také učivo "Elektrický proud v polovodičích - tranzistor".

Kmenově spadá mobilní telefon do kapitoly "Přenos signálů vlněním - sdělovací soustava - vysílač, přijímač". Informace mezi mobilním telefonem a operátorem jsou přenášeny pomocí elektromagnetického vlnění, učivo "Elektromagnetické vlnění". Na konci je opět elektroakustický měnič - zdroj zvuku, který pracuje obvykle na principu piezoelektrického jevu: učivo "Struktura pevných látek - anizotropní látky", případně magnetodynamický měnič (sluchátko pro hands free), učivo "Přenos signálů vlněním - elektroakustické měniče".

Každý mobilní telefon je vybaven elektronickými hodinami. Jejich chod je řízen oscilátorem - výbrusem křemíkového krystalu ve tvaru kmitající tyče. Její kmitání je řízeno s využitím piezoelektrického jevu a zpětnovazebného zesilovače, učivo "Nucené kmitání oscilátoru - zpětná vazba".

Zajímavá je i zobrazovací jednotka, tvořená displejem z tekutých krystalů. V závislosti na přiloženém napětí mění optické vlastnosti. Funguje jako polarizátor, navíc závislý na elektrickém napětí. Krycí fólie funguje jako analyzátor, který nepropouští světlo z určitých plošek. Ty se jeví jako černé. O tom, že obraz je polarizovaný, se můžeme přesvědčit použitím dalšího analyzátoru, učivo "Vlnové vlastnosti světla - využití polarizace světla". Displej je navíc podsvícený pomocí LED diod, učivo "Elektrický proud v polovodičích - polovodičová dioda", "Základní pojmy kvantové fyziky - kvantování energie a čárový charakter emitovaného světla" 
 

Některé pokusy ve fyzice s využitím mobilního telefonu

Odraz elektromagnetického vlnění

  • Parabolický reflektor
    - připravíme jej ze čtvercového kusu alobalu tak, že jej vytvarujeme částečně podle koule (míč, svítidlo ...) a částečně rukou do tvaru parabolického odražeče
  • Mobilní telefon jako sonda pro indikaci síly signálu
    - v případě silného signálu můžeme odšroubovat nástavec antény a tím snížit citlivost tak, abychom lépe pozorovali změnu intenzity signálu 

Pokusy s mobilem ve fyzice

Vlastním pokusem budeme zaměřovat směr nejbližšího vysílače našeho mobilního operátora.

Mobilní telefon (horní část s anténou) umístíme do ohniska parabolického reflektoru (přibližně polovina poloměru použité koule). Ze strany paraboly bude přijímaný signál stíněn, z otevřené strany naopak zesilován. Tím získáme směrovou anténu. Při otáčení systému budeme pozorovat indikátor úrovně signálu na mobilním telefonu. Měli bychom zjistit, že v jednom směru dojde k zeslabení signálu a při natočení do opačného směru k jeho zesílení. To je směr, ve kterém leží nejbližší vysílač. (Může to být i směr nejsilnějšího odrazu signálu.)

Pokus ukazuje, jak se chová vlnění o krátkých vlnových délkách při odrazu a ve stínu. Modeluje také směrovou anténu, podobnou satelitním přijímačům.

Faradayova klec

  • Mobilní telefon - opět využijeme indikátor síly signálu
  • Faradayova klec - kousek alobalu, případně F. klec ze soupravy pro elektrostatiku

Faradayova klec je uzavřená klec, tvořená drátěným pletivem nebo jinými vodivými stěnami. Uvnitř takové klece je intenzita (vnějšího) elektrického pole nulová. Oka (otvory) v kleci musí být mnohem menší než vlnová délka uvažovaného elektromagnetického vlnění.

Pokusy s mobilem ve fyzice Pokusy s mobilem ve fyzice

Faradayovu klec kolem mobilního telefonu vytvoříme tak, že mobilní telefon celý pečlivě zabalíme do alobalu. Jen v místě indikátoru úrovně signálu protrhneme malé okénko. (Při odkrytí celého displeje by se signál mohl v dostatečné síle odrazit až k anténě. Doporučuji menší okénko, než je na fotografii, případně můžeme okénko částečně zakrývat.) Na indikátoru můžeme pozorovat prakticky úplné vymizení signálu.

Závěr: uvnitř kovových prostor - kabina výtahu, dopravního prostředku, v místnostech s vodiči ve stěnách ...) je zhoršený příjem elektromagnetického vysílání - televize, rozhlas, mobilní telefony.
Naopak - vodivým pláštěm můžeme odstínit rušivé vlivy elektromagnetického pole - stínění vodičů ve sdělovací technice, koaxiální kabel.

Polarizace světla
Displej mobilního telefonu je zdrojem polarizovaného světla (viz. poznámka výše: "Zajímavá je i zobrazovací jednotka ..."). Jako analyzátor můžeme použít polarizační filtr ze soupravy pro polarizaci světla.

Pokusy s mobilem ve fyzice Pokusy s mobilem ve fyzice

Zajímavý je rovněž pohled na displej mobilního telefonu přes dielektrické zrcadlo (nejlépe černé sklo nebo lesklou černou plastovou plochu - může to být černá část plastového obalu na CD "slim"). Přitom musíme najít vhodný úhel, pod kterým se na displej díváme.

Pokusy s mobilem ve fyzice Pokusy s mobilem ve fyzice

Mobilní telefon přiložíme těsně vedle zrcadla (není podmínkou) tak, že přímo vidíme jeho boční stranu. Zrcadlo sklopíme směrem k displeji (a směru našeho pohledu) pod úhlem asi 45o. V zrcadle tak vidíme normální obraz mobilu s čitelným displejem.

Mobil otočíme (kolem osy kolmé k displeji) o 90 stupňů tak, že se díváme na jeho spodní část. V zrcadle pak vidíme jeho obraz, ale displej je celý černý. Rovinu polarizace světla, vycházejícího z displeje jsme otočili o 90 stupňů. 

Kvantování energie - spektrum LED diody

Podsvícený displej pozorujeme pomocí spektroskpu. (Můžeme použít např. školní mřížkokvý spektroskop.) Zjistíme, že světlo je tvořeno jedinou spektrální čárou, která odpovídá teorii diodového jevu. Při pádu z potenciálového valu elektron vyzáří odpovídající kvantum energie.

Text byl přejat za stránek gymnázia Ostrava-Hrabůvka se svolením pana Vlastimila Šmída. 

Autor:
  • Nejčtenější

Podívejte se na fotografie vylepšené umělou inteligencí. Nadchla i Google

12. března 2024  7:02

I nejlepší fotomobil může trpět řadou nedokonalostí, které se projeví na výsledných fotografiích....

O2 dává neomezená data s příjemnou slevou. Avšak pouze dočasně

14. března 2024  7:02

Neomezená data s přenosovou rychlostí 10 Mbit/s představují až na jednu výjimkou základ nabídky...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

KOMENTÁŘ: Za pár let budeme rozvojovým zemím závidět jejich mobilní sítě

16. března 2024

Premium Je dost možné, že za pár let budou mít v rozvojových zemích lepší mobilní sítě, než jaké budou...

Ultrasamsung možná přiměje zastánce klasiky přejít ke skládačce

15. března 2024  6:57

Samsung podle dostupných informací chystá hned dva modely řady Galaxy Z Fold, kterých bychom se...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Opravdu nadupaný smartphone za dobrou cenu. Test OnePlusu 12

17. března 2024

Aktuální top model od OnePlusu představuje docela atraktivní nabídku. OnePlus 12 je skvěle...

VIDEO: Střílej po mně! Kameraman natočil téměř celý útok v centru Prahy

Premium Ve čtvrtek zemřelo rukou střelce Davida K. 14 obětí, 25 lidí je zraněných, z toho deset lidí těžce. Jedním z prvních na...

Máma ji dala do pasťáku, je na pervitinu a šlape. Elišku čekají Vánoce na ulici

Premium Noční Smíchov. Na zádech růžový batoh, v ruce svítící balónek, vánoční LED svíčky na baterky kolem krku. Vypadá na...

Test světlých lahvových ležáků: I dobré pivo zestárne v obchodě mnohem rychleji

Premium Ležáky z hypermarketů zklamaly. Jestli si chcete pochutnat, běžte do hospody. Sudová piva totiž dopadla před časem...

Chytrému prstenu Samsung hodně věří. Na start bude mít připravené zásoby

19. března 2024

Samsung by měl chytrý prsten Galaxy Ring představit 10. července spolu s novými skládačkami. Prodej...

Vyzkoušeli jsme za vás kontroverzní Temu. Drobnosti za desetikoruny

19. března 2024

Internetový obchod Temu budí kontroverze. U influencerů je neuvěřitelně populární a jejich...

VIDEO: Apple zfilmoval kultovní komiks. Zamířil kvůli tomu do Japonska

18. března 2024  6:57

Děj nového krátkometrážního snímku, jehož prostřednictvím Apple tradičně demonstruje přednosti...

Chytré, nebo klasika? Mrkněte na hodinky Casio inspirované Apple Watch

18. března 2024

Značka Casio letos oslavuje 50 let výroby svých náramkových hodinek a patří na tomto poli k...

Nutný výchovný pohlavek, souhlasí Bouček i Havlová s přerušením projevu na Lvu

Moderátor Libor Bouček ostře zareagoval na kauzu ohledně délky proslovu režisérky Darji Kaščejevové na předávání cen...

Švábi, vši a nevychované děti. Výměna manželek skončila už po pěti dnech

Nová Výměna manželek trvala jen pět dní, přesto přinesla spoustu vyhrocených situací. Martina ze Znojma se pokoušela...

Vyzkoušeli jsme podvod z Aliexpressu. Může vás přijít draho, i po letech

Nakoupili jsme na Aliexpressu a pěkně se spálili. Jednu USB paměť, dvě externí SSD a jeden externí HDD. Ve třech...

Chtěli, abych se vyspala s Baldwinem kvůli jeho výkonu, říká Sharon Stone

Herečka Sharon Stone (66) jmenovala producenta, který jí řekl, aby se vyspala s hercem Williamem Baldwinem (61). Měla...

Konec nadvlády programátorů. Pozic ubývá, na jednu se hlásí stále víc lidí

Premium Ochota firem splnit uchazečům skoro jakýkoli požadavek a velmi nízká konkurence. Tak by se ještě nedávno dala definovat...