A teljes visszaverődés jelenségének bemutatása http://commons.wikimedia.org/wiki/File:LED_Glasfaser.jpg A teljes visszaverődés jelenségének bemutatása (7-8. évf.)

A teljes visszaverődés jelensége Színes, átlátszó műanyag vonalzók, dísztárgyak pereme bizonyos szögben fényesen csillog, úgy világít, mintha maga is fényforrás lenne. Hogy lehet, hogy a tárgyak anyagába jutó fénysugarak egy része nem tud kilépni a levegőbe? átlátszó gliceringolyó Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8. évf.) lézerrel megvilágítva

A jelenség magyarázata a fénytörésben keresendő. Vizsgáljuk meg, hogy a fénytörés milyen feltételei mellett jön létre ez a „fénycsapda”! https://www.google.hu/search?as_st=y&tbm=isch&hl=hu&as_q=f%C3%A9nyt%C3%B6r%C3%A9s&as_epq=&as_oq=&as_eq=&cr=&as_sitesearch=&safe=images&tbs=sur:f&biw=1280&bih=705&sei=nr4pUpbhJoahtAbip4GYCA#facrc=_&imgdii=_&imgrc=8MG6LathiOhoZM%3A%3BI5fQGjmcmlZRRM%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252Fthumb%252F2%252F2b%252FUniformity.jpg%252F640px-Uniformity.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fcommons.wikimedia.org%252Fwiki%252FFile%253AUniformity.jpg%3B640%3B426

Fénytörés fénytanilag ritkább közegből sűrűbb közegbe Ha a fénysugár fénytanilag ritkább közegből sűrűbb közegbe lép, a törési szög kisebb a beesési szögnél. Bármilyen nagy is a beesési szög (a legfeljebb 90° lehet), a törési szög (b) ennél kisebb, ezért a fénysugár a fénytanilag sűrűbb közegben folytatja útját. Ilyenkor a megtört fénysugár nem verődhet vissza a két közeg határfelületén, hogy „csapdába kerülve” ne tudna a sűrűbb közegből kilépni. Ez tapasztalható például a levegőből vízbe érkező fénysugarak esetében. Fénytörést látunk, de fényforráshoz hasonló csillogás, világítás nem mutatkozik. Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8. évf.) b < a

Fénytörés fénytanilag sűrűbb közegből ritkább közegbe Ha a fénysugár fénytanilag sűrűbb közegből ritkább közegbe lép, a törési szög nagyobb a beesési szögnél. A beesési szöget folyamatosan növelve a törési szög elérheti a 90°-ot, ekkor a megtört fénysugár már súrolja a határfelületet. A beesési szöget tovább növelve a megtört fénysugár már nem lép ki a sűrűbb közegből, hanem visszaverődik a határfelületen. Ezt a jelenséget nevezzük teljes visszaverődésnek. Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8. évf.) b > a

A teljes visszaverődés feltételei A teljes visszaverődés létrejöttének tehát két feltétele van: 1. A fénysugár a fénytanilag sűrűbb közegből a ritkábba lépjen. (Például vízből vagy üvegből levegőbe.) 2. A fénysugár legalább akkora beesési szöggel (a) érkezzen a határfelületre, amelynél a törési szög (b) már nagyobb 90°-nál. Az ábrán a kékkel jelölt fénysugár tesz eleget mindkét feltételnek. fénytanilag sűrűbb közeg fénytanilag ritkább közeg Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8. évf.) Azt a beesési szöget, amelynél a törési szög éppen 90°, a teljes visszaverődés határszögének nevezzük. (Az ábrán a pirossal jelölt fénysugár beesési szöge (a) a teljes visszaverődés határszöge. Ilyenkor b=90°)

Tanulókísérletek a teljes visszaverődés határszögének mérésére Szükséges eszközök: kis akvárium, víz, teafilter, lézerceruza, zsebtükör, szögmérő, hurkapálca, gyurmaragasztó, zsinór. Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8. évf.) Az üres akvárium aljába, a hosszabbik oldalakra merőlegesen egy akkora hurkapálca-darabot ragasztunk gyurmaragasztóval, ami éppen keresztben elfér. Ezen fog támaszkodni a zsebtükör.

Az ábrán látható módon a tükör másik oldalára ragasztott zsinórnál fogva tudjuk a tükröt a megfelelő szögben tartani. Az akvárium külső oldalára tapasztott szögmérővel mérjük a beesési szöget. A lézerceruzát állványon rögzítjük úgy, hogy pontosan függőlegesen érkezzen a lézersugár a tükörre. A híg teával feltöltött akváriumban a zsinórt addig emeljük, amíg a határfelületen megtörő sugár épp súrolja a víz felszínét. Ekkor a szögmérőn leolvassuk a tükör vízszintessel bezárt szögét. Ennek kétszerese lesz a teljes visszaverődés határszöge. Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8. évf.)

A méréssel kapcsolatban felmerülő kérdések, feladatok: 1. Bizonyítsd be az ábra alapján, hogy a teljes visszaverődés határszöge (b) a tükör vízszintessel bezárt szögének (a) a kétszerese! Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8. évf.) 2. Miért nem látható a lézersugár a tiszta csapvízben, és miért válik láthatóvá, ha a tiszta vízbe egy teafiltert mártunk?

Teljes visszaverődés a a lézersugár levegőben nem látható része tartó zsinór teljes visszaverődés a határfelületen Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8. évf.) a a tükör dőlésszöge visszaverődés a tükrön Az 1. kísérlet fotója a határszögnél nagyobb beesési szög esetében

2. kísérlet Eszközök: A rajzlapra helyezett akváriumot rajzold körbe! kis akvárium, víz, rajzlap, hurkapálca, gyurmaragasztó, egy kartonlap vagy egy könyv. A rajzlapra helyezett akváriumot rajzold körbe! Az akvárium külső falára rögzíts egy függőleges helyzetű hurkapálcát gyurmaragasztóval (A pont)! Fektesd a fejed az asztalra, s nézz a szemben lévő fal mentén az akváriumra az egyik szemeddel! Ezen a falon tolj egy kartont vagy könyvet magad felé addig, amíg eltűnik a hurkapálca a szemed elől. (B pont) Ezt a pontot jelöld meg a rajzlapon! Vedd le az eszközöket a rajzlapról és szerkeszd meg az m merőlegest! Mérd meg szögmérővel a b szöget, ez a teljes visszaverődés határszöge. az asztalra állított akvárium felülnézeti ábrája Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8. évf.)

A méréssel kapcsolatban felmerülő kérdések, feladatok: Miért láthatja a szemlélő az A pontban lévő hurkapálcát? Miért tűnik el a hurkapálca, ha a könyv a B ponton túl csúszik? Tölts az akváriumba víz helyett más átlátszó folyadékot (pl. cukros vagy sós vizet, ecetes vizet, étolajat), és újra végezd el a kísérletet! Hasonlítsd össze a mért b értékeket! Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8. évf.) A mérési értékek alapján válaszolj: függ-e a teljes visszaverődés határszöge a közegek anyagától? (Kísérleteinkben a ritkább közeg minden esetben a levegő volt.)

Teljes visszaverődés a természetben A délibáb A nyári forróságban a talaj közeli levegőréteg felhevülhet. A forró levegő feletti rétegek viszont – a levegő jó hőszigetelő tulajdonsága miatt – jóval hűvösebbek. Az eltérő hőmérsékletű levegőrétegek különböző sűrűségűek, így egy határfelület jön létre az alsó, fénytanilag ritkább és a felső, sűrűbb légrétegek között. A távoli tárgyakról kiinduló fénysugarak a magasabban fekvő hidegebb, sűrűbb légrétegeken teljes visszaverődést szenvednek, és a megfigyelő szemébe jutnak. A keletkező kép fordított állású. Ez a jelenség a délibáb. Régen a Hortobágy óriási, egybefüggő sík felület volt. A nyári égbolton gyakran lehetett látni a távoli templomtornyok, gémeskutak fordított állású képét. Gyakran keletkezik délibáb a sivatagokban és a tengerek felett is. Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8. évf.)

Teljes visszaverődés a természetben A délibáb jelensége egyszerű kísérlettel bemutatható. Eszközök: kis akvárium, teamécses, víz A vízzel telt akvárium egyik oldala mellé állíts egy égő mécsest. A túloldalról nézz a vízen keresztül a mécses irányába! A mécses fölött, annak fordított állású képét fogod megpillantani. Kísérletünkben a sűrűbb, hidegebb légrétegeket a víz, a talajközeli ritkább, melegebb légréteget a levegő demonstrálja. A mécses lángja a távoli tárgyat modellezi. A róla induló fénysugarak a sűrűbb közegen teljes visszaverődést szenvedve jutnak a megfigyelő szemébe, aki a mécses felett annak fordított állású képét látja. saját rajz

Teljes visszaverődés a természetben Délibáb az országúton A nyári hőségben minden nap láthatunk délibábhoz hasonló jelenséget, amikor a felhevült aszfaltot a távolban csillogónak, vizesnek érzékeljük. Az út feletti vékony, de forró levegőréteg határfelületén szintén teljes visszaverődés jön létre, ilyenkor az égbolt képe látszik csillogó víztükörként az úton. http://www.flickr.com/photos/genista/1249056653/sizes/m/in/photostream/

Teljes visszaverődés a természetben A búvár szemszögéből A vízből kiinduló fénysugarak között vannak, amelyek a levegőbe érkezve 90°-ban vagy nagyobb szögben törnek meg. Ezek a fénysugarak nem hagyják el a vízfelszínt, hanem azon visszaverődnek. Apáczai Kiadó (A fizika rejtélyei 8.) Ebben a helyzetben is teljes visszaverődés jön létre. Ha világos nappal, tiszta vízben, a vízszint alatt álló búvár felfelé néz, láthatja a mellette úszkáló halakat, vízinövényeket is. A teljes visszaverődés miatt a búvár látótere alaposan kiszélesedik.

Teljes visszaverődés a tudományban Különleges tisztaságú üvegszálakban a folytonos teljes visszaverődés miatt úgy „kanyarog” a fény, mintha képes lenne görbe vonalú terjedésre is. Terjedési sebessége pedig lehetővé teszi, hogy az általa továbbított információ a másodperc törtrésze alatt jusson el több száz kilométeres távolságra is. Ha az üvegszál egyik végét nagyon erős fénnyel megvilágítják, a távoli végén szinte azonnal megjelenik a fényjel, amely a kívánt módon dekódolható. https://www.google.hu/search?hl=hu&q=total+internal+reflection+in+optical+fibre&tbm=isch&tbs=simg:CAQSXxpdCxCo1NgEGgQIAAgEDAsQsIynCBo0CjIIARIMwge0B7EHsgezB8EHGiDZdABImTWGZtQ5nsSvqmHW90CGamXeY6z4RmtPmeajcwwLEI6u_1ggaCgoICAESBJsawygM&sa=X&ei=gigqUrOjKYLK4ASE3oGICg&ved=0CCcQwg4oAA&biw=1280&bih=705#facrc=_&imgrc=RWyhDKPSKERu9M%3A%3Bgqi6Io2_lW8hWM%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.25net.ro%252Fwp-content%252Fuploads%252F2013%252F03%252FLaser_in_fibre.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fwww.25net.ro%252Fretele-telecomunicatii%252Fprincipiul-de-functionare-al-fibrei-optice%252F%3B2560%3B1920

Teljes visszaverődés a tudományban Az optikai kábel 400_F_32877123_R3t0gGEO0yP0uDGHqAO5mxHZEu1CVMon

Charles K. Kao 1966-ban kiszámította, hogy tiszta kvarcüvegből készült szálakon több száz kilométerre is küldhetők fényimpulzusok. Az első optikai kábel, amelyet 1988-ban az Atlanti-óceánon keresztül helyeztek üzembe, 40000 telefonhívást volt képes egy időben lebonyolítani. Az USA-ban élő, japán származású Kao professzor 2009-ben Nobel-díjat kapott találmányáért. imagesCA1ISITF; https://www.google.hu/search?as_st=y&tbm=isch&hl=hu&as_q=Charles+K+Kao&as_epq=&as_oq=&as_eq=&cr=&as_sitesearch=&safe=images&tbs=sur:f&biw=1280&bih=705&sei=BMEpUvy1CYLQtAbUtIGYBQ#facrc=_&imgdii=_&imgrc=wqgo9knwA4ahKM%3A%3BS-nTt9KD-LazaM%3Bhttps%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252Ff%252Ff7%252FCharles_K._Kao_cropped_2.jpg%3Bhttps%253A%252F%252Far.m.wikipedia.org%252Fwiki%252F%2525D9%252585%2525D9%252584%2525D9%252581%253ACharles_K._Kao_cropped_2.jpg%3B320%3B376 https://www.google.hu/search?as_st=y&tbm=isch&hl=hu&as_q=optic+fiber&as_epq=&as_oq=&as_eq=&cr=&as_sitesearch=&safe=images&tbs=sur:f&biw=1280&bih=705&sei=cRsqUqo6sNnhBKflgNAE#facrc=_&imgdii=_&imgrc=RWyhDKPSKERu9M%3A%3BQYlaYr1WsIEXPM%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252Fb%252Fb0%252FLaser_in_fibre.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fcommons.wikimedia.org%252Fwiki%252FFile%253ALaser_in_fibre.jpg%3B2560%3B1920 Charles K. Kao Az optikai kábelekből álló kommunikációs hálózatok életünk részévé váltak a telefonbeszélgetéseinkben, az internethálózatok működésében, a hírközlésben.

Száloptika a gyógyászatban Száloptikát használnak az orvosi endoszkópokban is, melyek kis kamerái testünk legrejtettebb részeit is képesek monitoron keresztül láthatóvá tenni. Így a hagyományos műtétek nélkül is lehetőség nyílik fontos vizsgálatokra és kisebb beavatkozásokra. https://www.google.hu/search?as_st=y&tbm=isch&hl=hu&as_q=endoscopia&as_epq=&as_oq=&as_eq=&cr=&as_sitesearch=&safe=images&tbs=sur:fc&biw=1152&bih=705&sei=xwceUr_tBdOBhQfDlIGIBg#facrc=_&imgdii=_&imgrc=ElV51FCL7VrXUM%3A%3BgidBlMWlf6J4tM%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252Fthumb%252Ff%252Ff9%252FCapsuleEndoscope.jpg%252F561px-CapsuleEndoscope.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fcommons.wikimedia.org%252Fwiki%252FFile%253ACapsuleEndoscope.jpg%3B561%3B480; Flexibles_Endoskop; https://www.google.hu/search?as_st=y&tbm=isch&hl=hu&as_q=endoscopia&as_epq=&as_oq=&as_eq=&cr=&as_sitesearch=&safe=images&tbs=sur:fc&biw=1152&bih=705&sei=xwceUr_tBdOBhQfDlIGIBg#facrc=_&imgdii=_&imgrc=3gpSdwCW1SZYzM%3A%3BWWzlhpevJWIPJM%3Bhttp%253A%252F%252Fupload.wikimedia.org%252Fwikipedia%252Fcommons%252F9%252F90%252FFlexibles_Endoskop.jpg%3Bhttp%253A%252F%252Fcommons.wikimedia.org%252Fwiki%252FFile%253AFlexibles_Endoskop.jpg%3B800%3B600 Ma már különleges, távirányítható, úszókapszulás endoszkópokat is használnak az orvosok. A kicsi kapszula arra is képes, hogy az egész emésztőrendszeren végighaladva folyamatosan képeket küldjön a testből.

Száloptika a lakásdekorációban http://www.flickr.com/photos/black651/1584413128/ Szemet gyönyörködtető, otthonos, hangulatos hatása miatt dekorációs elemként is szívesen alkalmazzák a száloptikát a világítástechnikában.