Jak działa światłowód? Przesył informacji - część 2
Informacje można przesyłać za pomocą technik przewodowych i bezprzewodowych. Bardzo często nośnikiem informacji są fale elektromagnetyczne. Wybór techniki przesyłu zależy więc głównie od ich częstotliwości, z którą z kolei jest związany zasięg danej fali. Jeśli częstotliwość fali pozwala na jej względnie bezstratny przesył na duże odległości, to nie ma potrzeby wykorzystywania przewodów.
Problem zaczyna się pojawiać przy falach o częstotliwościach, które w bardzo szybkim tempie zostałyby zaabsorbowane przez ośrodek, a co za tym idzie - wytłumione. Aby informacja dotarła do odbiorcy, potrzebny jest przewód doprowadzający sygnał od nadajnika do odbiornika. Również przesył informacji za pomocą prądu elektrycznego wymaga technik przewodowych z bardzo prostej przyczyny - bez obwodu elektrycznego nie ma przepływu prądu.
Samodzielnie robimy światłowód
Potrzebne nam będą wąskie i długie płytki wycięte z pleksi lub ze szkła, najlepiej o grubości przynajmniej 5 mm, ponieważ czym grubsza warstwa materiału, tym efekt będzie lepiej widoczny. Należy przygotować również wskaźnik laserowy.
Znajdujemy w dostępnych źródłach współczynnik załamania materiału względem powietrza (wystarczy wartość orientacyjna). Wyznaczamy kąt graniczny z zależności
lub metodą prób i błędów.
Następnie staramy się skierować wiązkę światła w taki sposób, aby zaobserwować zjawisko całkowitego wewnętrznego odbicia w materiale.
Jeśli mamy kilka wskaźników, możemy przesłać kilka niezależnych informacji tym samym światłowodem, co zostało schematycznie przedstawione na poniższym rysunku. Przydatne są w tym celu wskaźniki emitujące światło w różnych kolorach.
kilka niezależnych informacji
Ciekawostka - prędkość światła w materiale
Prędkość światła w danym materiale jest zawsze mniejsza od prędkości światła w próżni. Zjawisko załamania światła na granicy dwóch ośrodków jest konsekwencją gwałtownej zmiany jego prędkości. Prędkość światła w danym ośrodku możemy obliczyć ze wzoru
Zgadywanka
Michał kupił dwa płaskie pierścienie wykonane z pleksi. Postanowił zrobić z nich dekoracyjne światłowody i zaprojektował dwa wzory. Przeanalizuj bieg wiązki światła w obu projektach. Którego z nich nie uda się Michałowi zrealizować w praktyce? Wskazówka: sprawdź, czy bieg wiązki światła jest zgodny z prawem odbicia.
Dla nauczyciela
Materiał z niniejszego artykułu można wykorzystać na lekcjach fizyki w szkole ponadpodstawowej do realizacji poniższego punktu podstawy programowej.
Szkoła ponadpodstawowa, zakres podstawowy
IX. Fale i optyka. Uczeń:
5. opisuje zjawiska jednoczesnego odbicia i załamania światła na granicy dwóch ośrodków różniących się prędkością rozchodzenia się światła; opisuje działanie światłowodu jako przykład wykorzystania zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia.
Odpowiedzi do zadań
Labirynt:
Korzystając z pomocniczych kratek, prowadzimy wiązkę światła tak, aby kąt odbicia zawsze był równy kątowi padania.
Zgadywanka:
Zarówno przy odbiciu od powierzchni płaskich, jak i od krzywizn kąt padania powinien być równy kątowi odbicia. W przypadku projektu znajdującego się z prawej strony rysunku nie jest to spełnione, co widać szczególnie wyraźnie przy odbiciu od wewnętrznej krawędzi pierścienia. Zatem tego projektu nie uda się zrealizować.
Joanna Borgensztajn
