Výroba lampičky a využití želatiny pro výrobu optického vlákna

V první části setkání jsme se seznámili s teorií principu optického vlákna. Stručně řečeno je šíření paprsků v optickém vláknu založeno na principu totálního odrazu. Pokud je úhel paprsku od kolmice větší než takzvaný mezní úhel, tak dojde k odrazu od rozhraní a paprsek se tak z vlákna vůbec nedostane ven. Totální odraz probíhá pouze za podmínky, že se paprsek pohybuje z opticky hustšího prostředí do opticky řidšího - naopak k totálnímu odrazu nedochází. Opticky hustší prostředí je takové, kde je rychlost šíření světla menší (v opticky řidším prostředí se světlo pohybuje relativně rychleji oproti hustšímu).

Optická vlákna se používají například v komunikační technice, jsou vyrobena buď z plastu, nebo ze skla. Nejpoužívanější vlnové délky jsou v infračervené oblasti. Jsou dobře ohebná, takže kabely či samotná vlákna je možné dobře instalovat.

Postavili jsme si jednoduchou dekorační lampičku:

V druhé části setkání jsme se naučili vytvářet optické prvky z želatiny - tentokrát jsme se zaměřili tematicky pouze na výrobu optického vlákna. Výroba je jednoduchá. Balíček želatiny (máme vyzkoušenou čirou plátkovou, např. Dr. Oetker) necháme chvíli nabobtnat ve vodě a potom podle návodu zahřejeme a rozpustíme. Můžeme dát trochu méně vody než je v návodu a podle potřeby pak přilít. Odlijeme do obdélníkové misky o rozměru zhruba 15 x 25 cm a necháme ztuhnout. Tím se nám vytvoří plát želatiny o výšce asi 1 cm.

Plátky želatiny - je potřeba dodržet správný poměr vody, aby jí nebylo málo (kvůli velké viskozitě zůstanou v želatině bublinky), nebo moc (pak se začíná lepit). Ale není těžké poměr trefit.

Želatinu teď můžeme ostrým nožem podélně krájet na optická vlákna o rozměrech cca 1 x 1 x 25 cm a ukázat, jakým způsobem vedou světlo. S jedním balením a žákovskými telefony nebo laserovými ukazovátky si vyhrajeme v celé třídě ve skupinkách po dvou až čtyřech žácích. Želatinové vlákno má sice horší optické vlastnosti než plastové nebo skleněné (dochází k poměrně velkému rozptylu), ale vedení světla je vidět moc pěkně a výhodou je naopak velký průřez, který dovoluje relativně velkou intenzitu vedeného světla.  

Optická vlákna se v praxi používají například pro laparoskopická vyšetření nebo operace - do těla pacienta se tenkým otvorem zavede optické vlákno pro osvětlení a dalším otvorem (otvory) pak buď kamera nebo operační nástroje a další zařízení. My jsme si demonstorovali osvětlení pracovního prostoru zavřenou plechovkou nebo krabicí, kde shora jsme měli dírku pro oko a z boku dírku pro zavedení vlákna. Bez vlákna okolní světlo nestačí k osvětlení prostoru, ale po zavedení želatinového vlákna můžeme dovnitř "poslat" světlo pomocí lampičky nebo třeba světla na telefonu. Želatinové optické vlákno se někdy trochu lepí, ale dá se docela dobře zahrát hra "jaký obrázek je v krabičce" - až pomocí vlákna vidíme, co je na dně. Optické vlákno jinak temný prostor krásně osvětlí. Pro tyto účely je vhodná libovolná papírová nebo kartonová krabice, ideálně zevntř začerněná. Vhodné je i osvětlovací dírku vyříznout pouze částečně tak, abychom materiál ohnuli dovnitř a ten tak bránil přímému dopadu světla z venku. Konkrétně jsme použili válcovou krabici od whisky s odnímatelným víkem, na které jsme nalepili samolepku pejska - to bylo právě řešením naší hádanky, co je uvnitř. Fantazii se samozřejmě meze nekladou.

Osvětlení vnitřního prostoru jinak úplně temné krabice.

Výroba optického vlákno z želatiny je na výrobu jednoduchá a žáci si s ním v hodině jistě vyhrají. Výhoda je, že se želatina dá opět rozpustit a vyrobit druhá várka (podle naších zkušeností se ale při třetím a dalším pokusu více lepí a už přestává být použitelná).