PL211344B1 - Przyrząd do badania zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia światła w strumieniu cieczy - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA

POLSKA

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 211344 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 378823 (51) Int.Cl.

G09B 23/06 (2006.01) G09B 23/22 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 26.01.2006

Przyrząd do badania zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia światła w strumieniu cieczy

	(73) Uprawniony z patentu:
(43) Zgłoszenie ogłoszono:	UNIWERSYTET ŁÓDZKI, Łódź, PL
06.08.2007 BUP 16/07	(72) Twórca(y) wynalazku:
	STANISŁAW BEDNAREK, Łódź, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.05.2012 WUP 05/12	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Błażej Rózga

PL 211 344 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd przeznaczony do badania zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia światła w strumieniu cieczy mający zastosowanie w pracowniach fizycznych, szczególnie studenckich i szkolnych oraz w eksploratoriach.

Znany do tego celu przyrząd opisany jest w książce Tadeusza Dryńskiego pt. „Doświadczenia pokazowe z fizyki, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1964 r. i składa się z poziomo umieszczonego niewielkiego naczynia, zaopatrzonego z jednej strony w zwężoną rurkę, przez którą wypływa strumień wody. Naprzeciw rurki znajduje się przezroczyste okienko służące do oświetlania strumienia wody. Woda doprowadzana jest do naczynia z sieci wodociągowej za pomocą rurki przymocowanej do naczynia radialnie w pobliżu okienka.

Z kolei w książce Richarda Manliffe Suttona pt. „Demonstration Experiments In Physics, wydanej przez wydawnictwo McGraw-Hill Book Company Inc. w Nowym Jorku i Londynie w 1938 r. ujawniony jest taki sam przyrząd do badania całkowitego wewnętrznego odbicia światła w strumieniu cieczy, jak w książce Tadeusza Dryńskiego.

Inny znany przyrząd do badania całkowitego wewnętrznego odbicia światła w strumieniu cieczy opisany jest w książce Józefa Maciejewskiego i Pawła Rukuszewicza pt. „Zbiór zadań i pytań z fizyki, część III, Optyka, wydanej przez Państwowe Zakłady Wydawnictw Szkolnych w Warszawie w 1968 r. Przyrząd ten składa się z butli z otworem odpływowym w pobliżu dna napełnionej wodą. Na dnie butli znajduje się źródło światła, oświetlające wypływający przez otwór strumień wody. Ponadto przez korek zamykający butlę od góry przechodzi rurka sięgająca dolnym końcem w pobliże dna butli a górny koniec rurki ma rozszerzenie i rurka wypełniona jest wodą. Żądaniem tej rurki jest zapewnienie stałej szybkości wypływu wody przez dolny otwór w butli.

Wszystkie znane z opisanych w stanie techniki przyrządy charakteryzują się tym, strumień wody, w którym następuje całkowite wewnętrzne odbicie światła, przepływa w układzie otwartym.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd stanowi trójkomorowe, symetryczne, zamknięte naczynie, wykonane z przezroczystego materiału, korzystnie ze szkła kwarcowego, przy czym naczynie ma kształt cylindra. Komora górna naczynia ograniczona jest stożkową przegrodą, zaopatrzoną w najwyższej części w otwór i zakończoną u dołu w zgiętą pod kątem prostym rurką. W stożkowej części górnej komory znajduje się ciecz o współczynniku załamania światła większym niż współczynnik załamania materiału naczynia, korzystnie dwusiarczek węgla lub dijodometan, przy czym ilość cieczy jest taka, że sięga do brzegu otworu. W środkowej części podstawa górna przechodzi w cylindryczne gniazdo oświetlacza z gwintem wewnętrznym, zakończone w dolnej części soczewką skupiającą. W gnieździe zamocowana jest tulejka oświetlacza wykonana z materiału elektroizolacyjnego, zawierająca cylindryczne ogniwo, żarówkę i sprężysty elektroprzewodzący styk, przy czym ogniwo może swobodnie przesuwać się pod własnym ciężarem w otworze tulejki i powodować odkształcenie styku, powodujące zaświecenie lub wygaszenie żarówki w której włókno umieszczone jest w ognisku soczewki skupiającej. Komora dolna naczynia ograniczona jest stożkową przegrodą, zakończoną u góry w zgiętą pod kątem prostym rurkę i zaopatrzoną w dolnej części w otwór, przy czym przegroda ta jest symetryczna do przegrody górnej, a obie przegrody ograniczają środkową komorę naczynia. W środkowej części podstawa dolna przechodzi w cylindryczne gniazdo oświetlacza, zakończone od góry soczewką skupiającą. W gnieździe zamocowana jest tulejka oświetlacza, wykonana z materiału elektroizolacyjnego, zawierająca cylindryczne ogniwo, żarówkę i sprężysty elektroprzewodzący styk. Gniazdo i oświetlacz w podstawie dolnej symetryczne do gniazda i oświetlacza w postawie górnej z tą różnicą, że ogniwo naciskając własnym ciężarem na styk powoduje jego ugięcie i powstanie przerwy, co skutkuje wygaszeniem żarówki.

Zasada działania przyrządu według wynalazku polega na tym, że ciecz początkowo znajdująca się w stożkowej części górnej komory naczynia wypływa w kierunku poziomym przez zgiętą pod kątem prostym rurkę a strumień cieczy poruszający się po coraz bardziej zakrzywiającym się torze parabolicznym oświetlany jest przez oświetlacz umieszczony w górnej komorze naczynia, który został samoczynnie włączony w skutek przesunięcia się baterii pod własnym ciężarem i zwarcia jej ze stopką żarówki, przy czym w strumieniu cieczy zachodzi całkowite wewnętrzne odbicie światła, trwające do chwili, w której kąt padania promieni świetlnych wewnątrz strumienia jest większy od kąta granicznego - po zmniejszeniu się ką ta padania w wyniku zakrzywienia strumienia ś wiatł o wychodzi przez boczną powierzchnię strumienia.

PL 211 344 B1

Ciecz pochodząca ze strumienia spływa na dno środkowej komory naczynia, a następnie przez znajdujący się w nim otwór wpływa do dolnej komory. Po przepłynięciu całej ilości cieczy do dolnej komory naczynie zostaje odwrócone ręcznie, co powoduje przemieszczenie dolnej komory do góry i przelanie się cieczy do jej stoż kowej części. Wraz z odwróceniem naczynia znajduj ą cy się uprzednio w dolnej komorze oś wietlacz zostaje przemieszczony do góry i ulega załączeniu a oś wietlacz znajdujący się uprzednio w górnej komorze zostaje przemieszczony na dół i ulega wyłączeniu. Następnie ciecz wypływa ze stożkowej części górnej komory i cykl pracy przyrządu może zostać powtórzony.

Zaletą przyrządu według wynalazku jest zamknięcie cieczy wewnątrz naczynia, zapobiegające jej rozlewaniu się oraz łatwość powtarzania doświadczenia przez odwrócenie przyrządu, co czyni przyrząd szczególnie przydatnym do zastosowań w eksploratoriach.

Przedmiot wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, przedstawiającym jego przekrój osiowy.

Przyrząd do badania zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia światła w strumieniu cieczy według wynalazku stanowi trójkomorowe, symetryczne, zamknięte naczynie, wykonane z przezroczystego materiału, korzystnie ze szkła kwarcowego, przy czym naczynie ma kształt cylindra o powierzchni bocznej 1, podstawie górnej 2 i podstawie dolnej 3. Komora górna naczynia 4 ograniczona jest stożkową przegrodą 5, zaopatrzoną w najwyższej części w otwór 6 i zakończoną u dołu w zgiętą pod kątem prostym rurką 7. W stożkowej części górnej komory znajduje się ciecz o 8 współczynniku załamania światła większym niż współczynnik załamania materiału naczynia, korzystnie dwusiarczek węgla lub dijodometan, przy czym ilość cieczy jest taka, że sięga do brzegu otworu 6. W środkowej części podstawa górna 2 przechodzi w cylindryczne gniazdo oświetlacza 9 z gwintem wewnętrznym, zakończone w dolnej części soczewką skupiającą 10. W gniazdo wkręcona jest zaopatrzona w gwint zewnętrzny tulejka oświetlacza 11, wykonana z materiału elektroizolacyjnego, zawierająca cylindryczne ogniwo 12, żarówkę 13 i sprężysty elektroprzewodzący styk 14, przy czym ogniwo może przesuwać się pod własnym ciężarem w otworze tulejki i powodować odkształcenie styku, powodujące zaświecenie lub wygaszenie żarówki, której włókno umieszczone jest w ognisku soczewki skupiającej 10. Komora dolna naczynia 14 ograniczona jest stożkową przegrodą 15, zakończoną u góry w zgiętą pod kątem prostym rurkę 16 i zaopatrzoną w dolnej części w otwór 17, przy czym przegroda ta jest symetryczna do przegrody 5 a obie przegrody ograniczają środkową komorę naczynia 18. W środkowej części podstawa dolna 3 przechodzi w cylindryczne gniazdo oświetlacza 19, zakończone od góry soczewką skupiającą 20. W gniazdo wkręcona jest zaopatrzona w gwint zewnętrzny tulejka oświetlacza 21, wykonana z materiału elektroizolacyjnego, zawierająca cylindryczne ogniwo 22, żarówkę 23 i sprężysty elektroprzewodzący styk 24, przy czym gniazdo i oświetlacz w podstawie dolnej są symetryczne do gniazda i oświetlacza w postawie górnej z tą różnicą, że ogniwo 22 naciskając własnym ciężarem na styk 24 powoduje jego ugięcie i powstanie przerwy 25, co skutkuje wygaszeniem żarówki 23.

Zasada działania przyrządu według wynalazku polega na tym, że po ustawieniu na podstawie dolnej 3 ciecz 8 wypływa z komory górnej 4 przez rurkę 7 dając strumień 26, poruszający się po torze parabolicznym. Strumień ten jest oświetlany równoległą wiązką światła przez żarówkę 13 załączoną przesunięciem ogniwa 12 pod własnym ciężarem i dopóki kąt padania promieni świetlnych wewnątrz strumienia jest większy od kąta gra licznego w strumieniu następuje całkowite wewnętrzne odbicie światła. Ciecz ze strumienia 26 spływa na stożkową przegrodę 15, zajmując pozycję 27 a następnie przez otwór 17 wpływa do dolnej komory 14, zajmując pozycję 28. Po przepłynięciu całej objętości cieczy do dolnej komory 14 naczynie jest odwracane ręczne do takiej pozycji, że podstawa dolna 3 zajmuje miejsce podstawy górnej 2 i na odwrót, a ciecz zajmująca pozycję 28 wlewa się do stożkowej przegrody 15 i wypływając z niej daje, tak jak poprzednio strumień 18. Podczas odwracania naczynia ogniwo 12 naciska własnym ciężarem na styk 14 powodując wyłączenie żarówki 13, natomiast ogniwo 22 przesuwa się w dół powodując załączenie żarówki 23, która teraz oświetla strumień cieczy 18.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Przyrząd do badania zjawiska całkowitego wewnętrznego odbicia światła w strumieniu cieczy, mający zastosowanie w pracowniach fizycznych, szczególnie studenckich i szkolnych oraz w eksploratorach, znamienny tym, że stanowi trójkomorowe, symetryczne, zamknięte naczynie, wykonane z przezroczystego materiału, korzystnie ze szkła kwarcowego, przy czym naczynie ma kształt cylindra o powierzchni bocznej (1), podstawie górnej (2) i podstawie dolnej (3), a komora górna naczynia (4)

   PL 211 344 B1 ograniczona jest stożkową przegrodą (5), zaopatrzoną w najwyższej części w otwór (6) i zakończoną u dołu w zgiętą pod kątem prostym rurką (7), przy czym w stożkowej części górnej komory znajduje się ciecz (8) o współczynniku załamania światła większym niż współczynnik załamania materiału naczynia, korzystnie dwusiarczek węgla lub dijodometan, a ilość cieczy jest taka, że sięga do brzegu otworu (6), zaś w środkowej części podstawa górna (2) przechodzi w cylindryczne gniazdo oświetlacza (9), zakończone w dolnej czyści soczewką skupiającą (10), a w gnieździe zamocowana jest tulejka oświetlacza (11), wykonana z materiału elektroizolacyjnego, zawierająca cylindryczne ogniwo (12), żarówkę (13) i sprężysty elektroprzewodzący styk (14), przy czym ogniwo może przesuwać się suwliwie pod własnym ciężarem w otworze tulejki i powodować odkształcenie styku, powodujące zaświecenie lub wygaszenie żarówki, której włókno umieszczone jest w ognisku soczewki skupiającej (10), natomiast komora dolna naczynia (14) ograniczona jest stożkową przegrodą (15), zakończoną u góry w zgiętą pod kątem prostym rurkę (16) i zaopatrzoną w dolnej części w otwór (17), przy czym przegroda ta jest symetryczna do przegrody (5), a obie przegrody ograniczają środkową komorę naczynia (18), przy czym w środkowej części podstawa dolna (3) przechodzi w cylindryczne gniazdo oświetlacza (19), zakończone od góry soczewką skupiającą (20), a w gnieździe zamocowana jest tulejka oświetlacza (21), wykonana z materiału elektroizolacyjnego, zawierająca cylindryczne ogniwo (22), żarówkę (23) i sprężysty elektroprzewodzący styk (24) tak, że gniazdo i oświetlacz podstawie dolnej są symetryczne do gniazda i oświetlacza w postawie górnej z tą różnicą, że ogniwo (22) naciskając własnym ciężarem na styk (24) powoduje jego ugięcie i powstanie przerwy (25), co skutkuje wygaszeniem żarówki (23).