Měření tloušťky vlasu

Úkol: Určete průměr svého vlasu.

Vybavení: vlas, kolíčky na prádlo, soubor vzorků se známým průměrem, laserové ukazovátko, pravítko

Lidské vlasy jsou tenké. Natolik tenké, že jejich tloušťku není možné rozumně měřit pravítkem ani posuvným měřidlem (tzv. šuplerou). Přesto je možné určit jejich tloušťku pomocí světla laseru.

Nejprve si vyzkoušejte samotný princip měření. Potřebujete k tomu svůj vlas (pokud nevypadne sám, musíte si jej vytrhnout). Rozsviťte ukazovátko tak, aby vytvořilo na stěně světelnou stopu (stěna by měla být od ukazovátka vzdálená alespoň dva metry).

POZOR – laserový svazek nesmí nikomu dopadnout do očí !!!

Když do cesty laserovému světlu vložíte vlas, roztáhne se světelná stopa do proužku, který je pravidelně přerušován tmavými místy (říká se jim minima). Tento jev je způsoben difrakcí (ohybem) světla. Pro vás je nyní podstatné to, že difrakce existuje a že vzdálenost minim ve světelném proužku závisí na tloušťce vlasu. Přestože nyní neznáme přesný mechanismus tohoto jevu, můžeme tloušťku vlasu změřit. Použijeme k tomu ve fyzice poměrně častou metodu: změříme nejprve vzorky, jejichž tloušťka je známá. Na základě získaného grafu pak určíme tloušťku neznámého předmětu.

2.23 - Schéma uspořádání experimentu
Zdroj

Postup měření:

Umístěte laser a první vzorek ze souboru do stativů z kolíčků na prádlo a označte si tužkou pozici vzorku. Ostatní vzorky poté dávejte na stejné místo.
Změřte vzdálenost prvních minim difrakčního obrazce. Tuto vzdálenost zapište do tabulky spolu s uvedeným průměrem vzorku.
Měření proveďte pro všechny vzorky.
Naposledy změřte vzdálenost minim obrazce, který vytváří váš vlastní vlas (upevněte ho do kolíčku, ruka se při tomto měření příliš třese).
Vytvořte graf závislosti vzdálenosti minim na tloušťce vzorku. Získanými body proložte hladkou křivku (od ruky nebo pomocí počítače)
Z grafu určete průměr svého vlasu.

Otázky:

Porovnejte své měření s výsledky spolužáků. Závisí průměr vlasu na jeho barvě? Nebo na jiných parametrech?
Má váš vlas po celé délce stejný průměr? Ověřte.

Poznámky pro učitele

Při přípravě měření musíte obejít žáky nebo své známé a získat od nich vzorky jejich vlasů. V souboru vzorků by mělo být alespoň 5 různých vlasů a další dvě vlákna (tenký rybářský silon a vlasový drátek z káblíku od vyřazených sluchátek).

Připravte si ze silného papíru čtverce s otvorem uprostřed, vlasy přilepte tavným lepidlem.

2.24 - Fotografie vzorku vlasu přilepeného k papíru
Zdroj

Průměr vlasu zjistíte pomocí USB mikroskopu. Nastavíte ho na maximální zvětšení a vyfotografujete stupnici pravítka (pravítko na snímku má dílky po půl milimetru).

2.26 - Fotografie stupnice pravítka
Zdroj

Pomocí obrazového editoru (měl by být součástí instalačního CD mikroskopu, případně použijte jakýkoliv běžný editor, např. XnView) určete, kolik pixelů snímku odpovídá jednomu milimetru. Tím jste určili měřítko snímku. Nyní nasnímejte mikroskopem při stejném zvěšení jednotlivé vzorky vlasů a vláken a určete jejich průměr.

Fotografie černého a blond vlasu

Doporučuji nevyužité vlasy označit a uschovat, žáci určitě časem některé vzorky poničí.

Při zpracování měření musíte počítat s tím, že vlasy nemají stálý průměr. Závislost polohy minim difrakčního obrazce na průměru vlasu proto vyjde jako mírně “kostrbatá” křivka. Se žáky je nutné diskutovat, jak jim vyšla měření.

Metody zpracování:

Proložení křivky lze udělat od ruky – odhadem. Výsledná hladká křivka by měla co nejlépe „trefovat” změřené body, ale nemusí jimi přímo procházet.
Pomocí tabulkového kalkulátoru. Grafem proloží vhodnou křivku (je to téměř přesně nepřímá úměra) a z křivky určí průměr svého vlasu.