- Aktualizace 9. 6. 2023
- Právě jsme zjistili, že podobné řešení zvolili kolegové z gymnázia v Rumburk. Jejich řešení si můžete prohlédnout na Úprava pětipaprskového laseru.
- Je vidět, že problém úpravy demonstračního laseru je při výuce aktuální nejen u nás 😉.
Optické pokusy se zobrazením chodu paprsků v různých optických soustavách pomocí laserových demonstračních zdrojů (tzv. laser-boxů) patří při hodinách fyziky k těm efektnějším a asi i zajímavějším. I když je otázkou, co ve stínu postcovidové pandemie všeobecné lenivosti lze vlastně ve škole považovat za zajímavé. Laser-box není nic jiného než několik laserových diod s válcovými čočkami, které původní kruhový paprsek „roztáhne“ na plochý, který při šikmém dopadání na podložku viditelně vyznačuje směr šíření světla. Provedení těchto pro výuku praktických zdrojů je různé a na následujícím obrázku č. 1 vidíme jen několik možných provedení, které se komerčně vyrábí.
Obr. 1 – ukázka různých provedení laser-boxů
Na to, o jak poměrně jednoduché zařízení se jedná, je poněkud zarážející jeho cena, která se u českých prodejců fyzikálních pomůcek pohybuje někde v oblasti sedmi tisíc. Dvě poslední ukázky výše uvedených komerčních provedení by nás asi mohly inspirovat pro stavbu svého vlastního laser-boxu (o tom třeba někdy jindy). Dnes se zaměříme na něco úplně jiného. Kromě zde zobrazených laser-boxů, které umožňují buď úplné zapínání jednotlivých laserů, nebo alespoň provoz v nějaké jejich kombinaci, existují i laser-boxy starší, u kterých svítí vždy jen všechny lasery. V prodeji jsou jak ty starší, které jsou zajímavé asi jen kvůli nižší ceně, tak již ty novější. Na první pohled se tyto dva typy téměř nedají rozlišit, protože se liší jen jedním přepínačem. Obrázek č. 2 ukazuje srovnání novějšího typy a starého typu demostračního laser-boxu. Na novějším typu je přepínač červeně zvýrazněn, na starším typu vidíme přilepenou náplast, kterou lze v případě potřeby jednotlivé lasery přelepovat a tím měnit počet paprsků. Jak důmyslné – jak vidno český učitel je zkrátka hlava otevřená!
Obr. 2 – srovnání nového a sterého typu laser-boxu
Je pravda, že ke staršímu typu laser-boxu je dodáván jakýsi kovový vinglík s otvory, který má sloužit jako „zastiňovač“ některých paprsků. Upřímně řečeno toto řešení je ale naprosto nefunkční – takže zlatá náplast. V tomto článku se pokusíme nějak jednoduše upgradovat starší typ laser-boxu na úroveň tohoto nového. Tedy, chceme docílit možnosti volby rozsvícení jen některých laserů – nejlépe pokud možno každého individuálně.
Možností máme několik. Jedna z možností je laser-box otevřít a přidat k jednotlivým laserovým LED vypínače. Zde je trochu problém s otevřením krabičky laser-boxu, neboť je prostě zalepena a otevření se tedy neobejde bez drobného poškození. My jsme se tedy pustili do druhé možnosti, a to do možnosti zastínění jednotlivých laserů. Místo původního řešení s náplastí přilepíme na výstup paprsků stínicí masku, pomocí které budeme zavírat a otevírat výstupy jednotlivých laserů. Pro vytvoření této části jsme nakonec využili 3D tisk – koneckonců nejde zde o žádný mechanicky namáhaný díl, takže by to mohlo být vcelku trvanlivé řešení.
Obr. 3 – návrh zastiňovací masky v programu FreeCAD
Na našem laser-boxu je pět laserů vzájemně vzdálených 18 mm, takže celý díl je tvořen jako pětice lišt (na obrázku č. 3 zobrazeno tyrkysově), ve kterých se mohou posovat zakrývací destičky (zobrazeny okrově). Fialově zobrazená horní lišta funguje jako horní doraz posuvných destiček. Je třeba ji přelepit po vsazení posuvných destiček a tím zabránit jejich vypadnutí při úplném posunutí nahoru. Zadní zkosená část se přisadí a přilepí k zakulacenému okraji laser-boxu. Obrázek č. 4 ukazuje vytištěný a sestavený výrobek – zatím bez dorazové horní lišty. Na obrázku je právě zvolena varianta pro rozsvícení prostředních třech laserů.
Obr. 4 – hotový 3D díl pro úpravu laser-boxu
Obrázek č. 5 již zachycuje celou vytvořenou stínicí masku již přilepenou na laser-boxu. I v tomto okamžiku jsou krajní lasery uzavřené, laser-box by tedy svítil třemi prostředními lasery. Posuvné stínící destičky jsou navrženy tak, aby je bylo možné posouvat ve vodící liště lehkým tlakem prstu nebo pomocí nehtu zachyceného za vruby na jejich přední části.
Obr. 5 – pohled na přední část upraveného leser-boxu
Individuální zaclonění každého z laserů umožnuje různé kombinace paprsků. Některé z těchto možností vidíme na obrázku č. 6.
Obr. 6 – ukázka některých možností volby paprsků upraveného laser-boxu
Pro vytištění sady pro vytvoření zakrývací masky byl zvolen černý filament PETG, je možné použít i jiný typ. Pro tisk byla zvolena jemnost 0,1 mm na vrstvu a stupeň výplně standardních 20%. Tisk byl proveden „s límcem“, který je lepší pro lepší uchycení tenké horní lišty. Při těchto parametrech tisk trvá asi hodinu a čtvrt a spotřebuje mírně přes dva metry filamentu. Pro jednorázovou úpravu laser-boxu to jsou asi přijatelné parametry.
Obr. 7 – 3D tisk zastiňovací masky
Pro případné zájemce o úpravu laser-boxu s lasery vzdálenými 18 mm od sebe přikládáme STL soubor pro vytištění námi navržené sady.