7 experimente de optică pentru școală, de care orice elev ar fi încântat

Optica te ajută să descoperi fenomene fascinante. Dacă vrei să le aprofundezi, poți folosi un kit de experimente optice care îți oferă lentile, prisme, oglinzi plane și alte mici obiecte gândite special pentru astfel de activități. Un astfel de kit este un cadou excelent pentru elevi, care pot face zeci de experimente, utile atât pentru orele de fizică de la școală dar și pentru învățarea proprie. Îți prezentăm 7 experimente de optică foarte utile pentru a exemplifica optica:

Experimentul nr. 1: Refracția creionului în pahar

Refracția luminii descrie modul în care un fascicul de lumină își schimbă direcția atunci când trece dintr-un mediu într-altul. În acest exercițiu, un creion pare îndoit când e introdus în apă, fenomen util pentru a exemplifica refracția luminii.

Materiale necesare

• Un pahar transparent umplut cu apă
  
• Un creion obișnuit
  

Instrucțiuni

1. Așază paharul pe o masă, într-o zonă bine luminată.
   
2. Ia creionul și introdu-l în pahar pe direcție oblică.
   
3. Observă cum apare o discontinuitate între segmentul de creion din aer și cel scufundat.

Se vede clar că obiectul pare să-și modifice poziția. Fenomenul se explică prin schimbarea vitezei luminii la traversarea suprafeței dintre aer și apă.

Experimentul nr. 2: Reflexia totală cu ajutorul unei prisme

Dacă unghiul de incidență depășește un anumit prag, lumina nu iese din prismă, ci se reflectă complet în interior. E un principiu care stă la baza fibrelor optice.

Materiale necesare

• O prismă dintr-un kit de experimente optice
  
• O sursă de lumină punctuală (lanternă de mici dimensiuni)
  

Cum procedezi

1. Așază prismele pe o masă, eventual pe un suport, pentru stabilitate.
   
2. Direcționează fasciculul luminos spre una dintre fețe, într-un unghi cât mai apropiat de 90°.
   
3. Treptat, modifică unghiul și observă ce se întâmplă cu lumina. Caută punctul în care nu mai vezi fasciculul ieșind, ci doar reflexii în interior.

Constați că lumina se “blochează” în material, creând un joc optic impresionant. Acest experiment optic este foarte util pentru înțelegerea principiului de transmitere a semnalelor purtătoare de informații prin cablul din fibră optică.

Experimentul nr. 3: Reflexia într-o oglindă plană

Lumina care lovește suprafața unei oglinzi plane se reflectă la același unghi cu care a venit. Pentru a verifica acest fapt, ai nevoie de linii de ghidare și de un fascicul bine direcționat.

Pași de lucru

1. Desenează o linie orizontală pe o coală albă.
   
2. Plasează oglinda plană perpendicular pe acea linie.
   
3. Folosește o sursă de lumină sau un laser de putere mică, pentru a crea un fascicul sub un anumit unghi față de suprafață.
   
4. Măsoară atât unghiul de incidență, cât și unghiul de reflexie. Compară valorile și observă identitatea lor.
   

O aplicație practică a acestui experiment se întâlnește în folosirea periscopului din tanc sau submarin, un dispozitiv care se bazează pe oglinzi plane așezate la unghiuri precise.

Experimentul nr. 4: Descompunerea luminii cu o prismă

Lumina albă percepută de ochiul uman este compusă din mai multe culori. O prismă ajută la separarea acestora prin refracție diferențiată. Descompunerea luminii în culori reprezintă o demonstrație frecvent întâlnită în laboratoarele de fizică.

Metodă simplă

1. Asigură-te că ai o lanternă puternică sau un fascicul de lumină concentrată.
   
2. Așază prismele pe un suport, astfel încât lumina să pătrundă într-un unghi adecvat. 
3. Urmărește imaginea obținută pe o suprafață albă.
   
4. Notează culorile vizibile (roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo, violet). 

Fiecare culoare se refractă puțin diferit, ceea ce explică apariția spectrului multicolor. În plus, ordinea culorilor este aceeași cu cea din curcubeu, care reprezintă tot un fenomen de descompunere a luminii. De data aceasta prisma o reprezintă milioanele de picături de ploaie din atmosferă.

Experimentul nr. 5: Lentile convergente și divergente

Când folosești lentile convergente, razele paralele se concentrează într-un punct focal, se concentrează. Când folosim lentile divergente, razele par a se împrăștia.

Instrucțiuni

1. Ia două lentile din kitul de experimente, una convergentă (bombată pe ambele fețe) și una divergentă (concavă).
   
2. Proiectează lumina unei lanterne pe un ecran (coală de hârtie).
   
3. Așază mai întâi lentila convergentă între lanternă și ecran. Observă cum lumina se concentrează într-o mică zonă.
   
4. Repetă procesul cu lentila divergentă și urmărește extinderea fasciculului.

Diferența devine evidentă când schimbi distanța dintre lentilă și ecran. Vei vedea cum variază mărimea imaginii și claritatea. O aplicație în care lentila convergentă este utilizată este atunci când folosim o lupă puternică pentru a aprinde o bucată de hârtie folosind lumina Soarelui.

Experimentul nr. 6: Camera obscură improvizată

Camera obscură reprezintă un sistem de proiecție a imaginii din exterior pe un plan interior. Pe baza acestui principiu funcționau vechile aparate foto. Se obține o imagine răsturnată, dar foarte clară, dacă orificiul prin care intră lumina e mic.

Etapele de realizare

1. Pregătește o cutie de carton închisă la culoare, suficient de mare.
   
2. Perforează un orificiu de mici dimensiuni pe una dintre laterale.
   
3. Pe partea opusă a cutiei, fixează o bucată de hârtie albă (ecranul).
   
4. Îndreaptă orificiul spre o fereastră luminoasă și privește imaginea proiectată pe hârtie.

Acest principiu te ajută să înțelegi cum funcționează obiectivele aparatelor foto. Astfel vei înțelege și de ce lentila focalizează imaginea într-un anume mod.

Experimentul nr. 7: Difracția luminii cu ajutorul unui CD

CD-ul are un relief microscopic care produce fenomene de interferență și difracție a luminii. Modelul se aseamănă cu un spectru strălucitor vizibil la diverse unghiuri.

Ghid rapid

1. Găsește un CD vechi, curat.
   
2. Într-o zonă întunecată, îndreaptă o lanternă spre suprafața CD-ului.
   
3. Schimbă unghiul și observă modul în care lumina e descompusă în culori distincte. 

Poți analiza dacă intensitatea luminii influențează claritatea benzilor colorate și dacă distanța față de sursă contează.

Aceste experiențe explică diverse principii de optică și îți oferă șansa să te joci cu lumina în moduri captivante, deopotrivă pentru copii dar și pentru adulți. Poți testa și alte configurații sau poți îmbunătăți setup-ul dacă dispui de elemente suplimentare dintr-un kit de experimente optice. Vei observa că fiecare mic detaliu, de la poziționarea sursei de lumină până la unghiul sub care privești, poate schimba rezultatul.

Vrei să înveți și alte lucruri interesante despre fizică aplicată? Îți recomandăm să încerci fenomenele de magnetism și electromagnetism, poți realiza experimente fascinante cu magneți. Sau alte kit-uri educaționale STEM din gama 4M.