Cílem mé diplomové práce bylo sestavit soubor zajímavých příkladů z atmosférické optiky a doplnit je pokusy z této oblasti fyziky. Teorie k tématu diplomové práce je zpracována v první kapitole - Teoretická část.

V teoretické části jsem na základě uvedené literatury rozebral podstatu daných fyzikálních jevů. Z jednotlivých knih jsem se snažil vybrat vždy nejsrozumitelnější zpracování. Vzhledem k omezenému rozsahu práce jsem byl nucen v některých teoretických partiích pouze odkázat na příslušnou literaturu (např. řešení Maxwellových rovnic pro viditelné elektromagnetické záření v kapitole 1.3 na knihu Bednáře [1], v kapitole 1.6 odkaz na podrobnou teorii rozptylu světla u Šifrina [25] apod.).

Příklady a pokusy jsou zařazeny ve druhé hlavní kapitole - Praktická část.

Přestože jsem měl zpočátku obavy, zda půjde sestavit dostatečné množství příkladů, nakonec jsem se potýkal s problémem zcela opačným, co zařadit z velké série příkladů, které jsem zčásti sám vytvořil. Do diplomové práce jsem zařadil soubor 64 většinou řešených příkladů.

Snažil jsem se o ucelenou strukturu jednotlivých kapitol, aby se žáci při řešení těchto příkladů seznámili s podstatou jednotlivých jevů a aby nebylo potřeba probírat zvlášť teorii (kvůli časovým možnostem ve výuce). Chtěl jsem, aby příklady byly zajímavé a názorné. V práci je proto velké množství příkladů na grafické a geometrické znázornění vzniku těchto jevů (například v kapitole 2.1.4 př.3 nebo v kapitole 2.1.6 př.2), některé obrázky možná budou pro mnohé studenty překvapením (např. při západu Slunce už je sluneční kotouč pod obzorem př.15 v kapitole 2.1.2.1apod.).

Velký přínos spatřuji v mezipředmětových vztazích. Studenti v příkladech používají i náročnější matematický aparát (limity, derivace, integrály) nebo poznatky z geometrie. V praxi využívají počítačů, s jejichž pomocí se dají spočítat i jinak těžko řešitelné nebo neřešitelné úlohy (numerická řešení rovnic pomocí programu Excel např. v kapitole 2.1.2.1 v příkladech 14 a 15), mohou jednoduše získávat grafy závislostí fyzikálních veličin, využívají znalostí ze zeměpisu a i dějepisu (př. 30 v kapitole 2.1.2.2).

Díky možnosti numericky řešit integrál pro refrakci v izotermické atmosféře (jehož hodnota poměrně velmi přesně vystihuje refrakci v reálné atmosféře pro zenitové vzdálenosti 75o-90o, viz př. 6 v kapitole 2.1.2) se podařilo vypočítat velké množství velmi zajímavých příkladů. Již zmíněné grafické znázornění západu Slunce u obzoru (př.15 v kapitole 2.1.2.1), zvednutí obzoru v př.31 v kapitole 2.1.2.2 apod. Za velmi zajímavé považuji vyřešení problému doby trvání zeleného paprsku. V příkladech 21 a 22 v kapitole 2.1.2.1 jsem získal grafy závislostí doby trvání zeleného paprsku na zeměpisné šířce a na ročním období (deklinaci), které velmi přesně odpovídají pozorovaným skutečnostem (viz např. [6]). Pro speciální příklady (kdy je deklinace nulová) se mi podařilo vyřešit tento problém názorněji, než je uvedené řešení, ale vzhledem k nedostatku místa toto řešení neuvádím.

Jak jsem již uvedl, snažil jsem se, aby příklady byly zajímavé. Chtěl jsem, aby se u studentů podporoval rozvoj kritického myšlení. Aby nevěřili všemu, co se píše (např. v kapitole 2.1.8 příklad 6) nebo říká (foto 2.1.8.2 jsem dostal od přítele mých rodičů se slovy, že se jedná o duhu kolem Slunce) a aby sami přemýšleli nad podstatou některých jevů. Jak se zmiňuji i v pokusu 1f) v kapitole 2.2.1, i některé "nadpřirozené jevy" jako UFO, loď "bludného Holanďana" apod. se dají racionálně vysvětlit a i jednoduše demonstrovat na pokusech.

V kapitole 2.2 jsem uvedl 12 z větší části autorských pokusů. Pokusy měly původně tvořit pouze doplněk práce a sloužit k lepšímu pochopení optických jevů studovaných v příkladech. Později se ale staly rovnocennou částí celé práce. Záměrně jsem nepoužil některé pokusy uváděné poměrně často ve sbírkách (např. duha na Hartlově optickém kotouči [17] nebo [27] apod.).

Podařilo se mi vytvořit a shromáždit pokusy, na kterých se dají demonstrovat v podstatě všechny základní jevy atmosférické optiky. Je pochopitelné, že v nich znovu nevysvětluji teoretickou podstatu těchto jevů a odkazuji se v některých případech na teoretickou i praktickou část (např. v pokusu 1f v kapitole 2.2.1 ukazujeme jev zrcadlení lodi, který je rozebrán v př. 24 (v kapitole 2.1.2.2) i s uvedením tohoto jevu na staré rytině). Pokusy jsou poměrně jednoduché na přípravu, některé jsou velmi efektní a i ekonomické. Např. na pokusu 1 v kapitole 2.2.1 můžeme ukázat prakticky všechny jevy související s astronomickou a terestrickou refrakcí. Pokusy 3 v kapitole 2.2.3 a 2 v kapitole 2.2.5 (duha a halové jevy) jsou koncipovány tak, aby se daly provést frontálně (případně i jako laboratorní cvičení), a všichni žáci si mohli vznik duhy a halových jevů vyzkoušet. Provedou-li žáci doma na zahradě pokus 4 v kapitole 2.2.3, jistě tím přispějeme k podnícení jejich zájmu o fyziku.

Diplomovou práci jsem navíc doplnil množstvím fotografií optických jevů v atmosféře (kromě fotografií vlastních jsem část fotografií získal od přátel a část z internetu). Velmi zajímavé jsou některé fotografie halových jevů a také zeleného paprsku (z internetu), kterou jsem doposud v žádné literatuře nenašel. Stejně jako u příkladů jsem z velkého množství musel vybrat jen ty nejlepší. Nafotografoval jsem také většinu pokusů a nad rámec zadaného úkolu diplomové práce jsem některé z nich natočil i na video.

Jsem si vědom, že některé jevy nejsou v příkladech probrány zcela do hloubky, což je dáno omezeným rozsahem této práce. Uvedené příklady a pokusy jsou proto pouze částí, kterou jsem ve spolupráci s paní RNDr. Prokšovou vybral z jejich celkového množství. Uvědomuji si, že v  řadě příkladů došlo k jistým zjednodušením (izotermická atmosféra u příkladů týkajících se astronomické a terestrické refrakce, řešení duhy a hala pomocí geometrické optiky). Domnívám se, že je ale důležité, aby žáci pochopili základní principy a podstatu vzniku těchto fyzikálních jevů.

Jsem rád, že se najde využití této diplomové práce. Paní RNDr. Prokšová projevila zájem předvádět některé z pokusů při výuce optiky ve 2. ročníku, některé z příkladů a pokusů by mohly být využity v časopise Školská fyzika (vydává KOF PF) a celá tato diplomová práce by se dala využít jako sbírka řešených příkladů (a pokusů) s využitím hlavně ve 4. ročníku gymnázia.

Práce na tomto tématu mě velmi zaujala, bavila a byla pro mne velkým přínosem. Dozvěděl jsem se o hlubší podstatě optických jevů v atmosféře, shromáždil jsem díky ní velké množství zajímavých příkladů, pokusů i fotografií, které jistě využiji při výuce fyziky na gymnáziu.

Mnoho hodin jsem strávil při řešení problému doby trvání zeleného paprsku, velmi často jsem čekal na střeše našeho domu a pozoroval, zdali na obzoru není duha nebo dokonce halo a skutečně se mi jej podařilo vyfotit (foto 1.7.8), stejně i nádhernou duhu přes celou oblohu (foto 2.1.6.1). Nejsou to tedy jevy zcela výjimečné, např. duhu jsem letos na podzim pozoroval asi 5 krát.

Závěrem bych chtěl poděkovat za technickou pomoc panu Ing. Ronovskému, Dr. Petříkovi, za konzultace panu RNDr. Randovi.

Zejména chci poděkovat paní RNDr. Jitce Prokšové za cenné rady a připomínky i odbornou a metodickou pomoc, kterou mi poskytla.

 

Zpět