29. června 2018 Blahoslav Rataj

V laboratoři

Akademický rok na Imperial College pro studenty fyziky většinou začíná laboratořemi. Jedná se trochu o nevděčnou součást studia. Je totiž velmi časově náročná, vyčerpávající a na výsledné známce se příliš neprojeví. Nicméně je ctí každého studenta laboratořím věnovat veškeré úsilí, neboť je to přímý podpis jeho schopností a vědomostí uplatněných v praxi.

Motto laboratoří na naší univerzitě je studentům poskytnout minimum instrukcí, jak daný experiment provést. To znamená, posadit ho před aparaturu a nechat ho přemýšlet na základě teoretického popisu jevu, jak asi nastavit všechny měřicí přístroje či jak se vůbec podaří získat potřebná data. Nejlepší je snad občas použít metodu pokus omyl, když ho nepozoruje žádný z asistentů, kvalifikovaných laboratorních techniků, kteří prochází kolem studentů a dávají jim dotazy na teorii, metodu a vyhodnocení experimentu tak, aby mohli zhodnotit jejich dnešní výkon. Někdy však asistenti mají pro nás studenty pochopení a navedou nás v experimentu na správnou cestu či poodhalí, jak bychom měli zanalyzovat naměřená data, tzn. jaká část dat bude mít nějaký fyzikální význam pro usuzování závěrů.

Laboratoře fyziky jsou hlavně zkouškou trpělivosti. Nejste sami, pracuje se vždy ve dvou, na pomoc máte svého laboratorního kolegu, se kterým je nutné spolupracovat, to je totiž také kvalita, kterou asistent hodnotí. Nakonec však ani nic jiného nezbývá, když je nutné provést desítky či stovky měření v krátkém čase. Nedílnou součástí práce v laboratoři je rovněž vést si úhledný laboratorní sešit v písemné podobě. Pak je ještě nutné průběžně analyzovat naměřená data a to jde velmi obtížně bez konzultace s asistentem. Každý student se tak, myslím, dostane postupně do situace, kdy se snaží zvládnout hned několik úkolů najednou, ne vždy je to snadné. Do neuvěřitelně složité situace jsem se jednou dostal, když jsem se svým kolegou měřil teplotní vlny. Cílem bylo co nejlépe odhadnout tepelnou difuzivitu válce z polytetrafluorethylenu. Pomůcky byly ve své podstatě jednoduché: kusy ledu, vařič, nádoby a zmíněný válec. Metoda provedení experimentu se jevila snad ještě snazší, a to střídavým umísťováním válce do ledové a vařící vody vytvořit ve válci periodickou teplotní vlnu naměřenou díky digitálnímu teploměru umístěného uvnitř válce. Již první pokusy však ukázaly, že zdánlivě snadný úkol je v realitě komplikovaný a zbývající čas nemilosrdně ubíhal. Horlivě jsem míchal led v nádobě, tak abych dosáhl optimální teploty tání. Chvilka nepozornosti však často způsobila, že válec byl o trochu déle ve studené, či teplé vodě a z vlny s podobou sínusovky se stala vlna s podobou schodiště do našich laboratoří. Jak nás všudypřítomní a vševědoucí asistenti upozorňovali, trpělivost je klíčem k úspěchu. Dále se však také obávali o naši bezpečnost. V zápalu míchání totiž občas vytryskla voda přímo na elektrické komponenty naších ohřívačů, což naštěstí mělo pouze za následek výpadek proudu v celé laboratoři a snaha vytvořit teplotní vlnu byla zmařena pro všechny přítomné studenty.

V prvé řadě bylo cílem vytvořit vlnu o periodě tři minuty, což vyžadovalo alespoň hodinu střídavého přemísťování válce. Během tohoto snažení se mohlo mnohé pokazit, a to včetně selhání digitálního teploměru. Opravdovým úskalím však bylo naměřit teplotní vlnu ještě o delší periodě. Myslím, že jsme se svým kolegou nakonec zvládli naměřit teplotní vlnu s periodou sedm minut, ale včetně neúspěšných pokusů to zabralo spoustu hodin. S pocitem uspokojení jsme dokončili naše měření. Tento pocit nám však nevydržel dlouho. Zjistili jsme totiž, že samotná analýza naměřených dat je snad ještě složitější než snaha vytvořit teplotní vlnu. Nezbývalo, než se pustit do Fourierovy analýzy dat a ponořit se do Besselových funkcí. Čas rychle ubíhal, neboť jsme jako obvykle měli na sepsání laboratorní zprávy pouze 48 hodin, a v tomto čase jsme museli navíc ještě shrnout poznatky z jednoho velkého experimentu zaměřeného na propagaci vln v elektrickém obvodu. Tuto „dvojitou“ laboratorní zprávu jsem nakonec po probdělé noci odevzdával zcela vyčerpaný, ale s dobrým pocitem výzkumníka, a udělená známka mě na závěr potěšila. Takže závěrem asi mohu napsat, že trpělivost přináší růže. A těším se na další dobrodružství, která mě v laboratořích ještě čekají.

Zpět na hlavní stránku

Probíhá ověření zadaných údajů. Nezavírejte, prosím okno prohlížeče a vyčkejte na dokončení.