Fénytan.

Az előadások a következő témára: "Fénytan."— Előadás másolata:

1 Fénytan

2

3 A fény terjedése Vissza
Az ember csak úgy képes a látásra, ha fény érkezik a szemébe. A látáshoz tehát szükséges valamilyen fényforrás. Fényforrások azok a testek, amelyek fényt bocsátanak ki. Ilyenek általában a magas hőmérsékletű testek pl.: Nap, villanykörte, gyertya, stb. Valódi, vagy elsődleges fényforrásnak nevezzük az önállóan világító testeket, pl. a Nap, izzólámpa, lézerdióda, működő tűzhányó, zseblámpa, izzó parázs, gyertyaláng Az olyan testeket, amelyek csak a rájuk eső fény hatására láthatók, és ezáltal szerepelhetnek fényforrásként, a másodlagos fényforrások pl. Hold, bolygók, vetítővászon, fal, ...stb. Vissza

4 Élő fényforrások

5

6 A biolumineszcencia

7 A szentjánosbogár

8 A fény a levegőben (és az egyenletes sűrűségű anyagokban) egyenes vonalban terjed. Az egyenes vonalú terjedés megmagyarázza az árnyék jelenségét is: a fény nem kerüli meg az útjában álló testet. Ha a test nem átlátszó, mögéje nem jut fény, így árnyék keletkezik. Akadály híján a gyertyalángot minden irányból látjuk, mert a lángból minden irányba indulnak ki fénysugarak. De hogyan látjuk a poharat? Csak úgy láthatjuk, hogy valami megvilágítja. A pohár visszaveri a ráeső fény egy részét. Ez a visszavert fény jut a szemünkbe. Egy tárgyat akkor látunk, ha az általa kibocsátott vagy a róla visszavert fény a szemünkbe jut. A fény nem kerüli meg a testeket, viszont némelyiken átmegy. Az ablaküveg, a víz, a levegő átlátszó. Az átlátszó anyagból készült elég vastag réteg már nem átlátszó: elnyeli a beléje hatoló fényt. Az óceánok fenekén ezért van teljesen sötét.

9 A fény terjedése Vissza
A ködön, tejüvegen, zsírpapíron átjön a fény, de rajtuk keresztül nem tudjuk pontosan kivenni a tárgyakat. Ezeket áttetsző anyagoknak mondjuk. A tárgyak tehát a rájuk eső fény egy részét elnyelik, más részét átengedik, illetve visszaverik. Ha felkapcsoljuk a villanyt, azonnal világos lesz. Ez azt jelenti, hogy a fény nagyon gyorsan terjed. Mérések szerint a fény terjedési sebessége a világűrben és a levegőben kb km/s. Ez olyan nagy sebesség, hogy a fény egy másodperc alatt hét és félszer kerülné meg a Földet. Vissza

10 A fény egyenes vonalban terjed. Következménye az árnyék.

11 A fénysugár a fény útját jelöli, a fénynyaláb együtt haladó fénysugarak összessége.

12

13

14

15 Fény hatására: A fényérzékeny lemez megfeketedik. A bőrünk lebarnul. A talaj és vele együtt a környezet felmelegszik. A fényképek megsárgulnak. A fénynek energiája van, mert a testek állapotát képes megváltoztatni. Kölcsönhatásra képes.

16

17 Síktükör Tovább a (2)-ra Vissza
A tükörnek azt a pontját, ahol a beesõ fénysugár eléri a tükröt, és visszavert fénysugárrá változik, beesési pontnak nevezzük. A beesési pontban a tükörre állított merõleges a beesési merõleges. A beesõ fénysugár és a beesési merõleges által bezárt szög a beesési szög, a visszavert fénysugár és a beesési merõleges által bezárt szög a visszaverõdési szög. A mérések alapján a két szög egyenlõ egymással. Kimondhatjuk a fényvisszaverõdés törvényét: a.) A visszaverõdési szög mindig ugyanakkora, mint a beesési szög. b.) A beesõ sugár, a beesési merõleges és a visszavert sugár egy síkban van. Tovább a (2)-ra Vissza

18 Síktükör A tükröt merõlegesen érõ fénysugár önmagában verõdik vissza. A síktükörre párhuzamosan esõ fénysugarak a visszaverõdés után is párhuzamosak A síktükörre esõ széttartó fénysugarak a visszaverõdés után is széttartóak maradnak. Vissza

19 Domború tükör Tovább a (2)-ra Vissza
A gömbtükör olyan, mintha egy üveglabdából vágtuk volna ki. Ha kívülrõl nézve tükör, akkor domború tükörrõl beszélünk. A tükör pereme kör alakú, és gyakran beszélünk a tükör középpontjáról. Meg kell különböztetni a gömbi középpontot (G) és a fénytani középpontot (O). A kettõt összekötõ egyenes a tükör fénytani tengelye. O és G távolsága a gömb sugara (r). A domború tükörre esõ párhuzamos sugarak a visszaverõdés után széttartóvá válnak. Tovább a (2)-ra Vissza

20 Domború tükör Ha a visszavert sugarakat meghosszabbítjuk a tükör mögött, azok egy pontban metszik egymást. A fénytani tengellyel párhuzamosan beesõ sugarak a domború tükörrõl visszaverõdve úgy haladnak, mintha egy tükör mögötti pontból indulnának ki. Ennek a pontnak a neve fókusz vagy gyújtópont (F). A fókusz éppen középen van a fénytani és gömbi középpont között. Az O F távolság neve: fókusztávolság. A fókusztávolság jele: f. Kiszámítása: f=r/2. Domború tükörnél a visszavert sugarak csak látszólag indulnak ki a fókuszpontból, ezért ezt látszólagos gyújtópontnak nevezzük. Vissza

21 Homorú tükör Tovább a (2)-ra Vissza
A gömbtükör olyan, mintha egy nagy üveglabdából szeltük volna le. Ha belülrõl nézve tükör, akkor homorú tükörrõl beszélünk. A tükör pereme kör alakú, és gyakran beszélünk a tükör középpontjáról. Meg kell különböztetni a gömbi középpontot (G) és a fénytani középpontot (O). A kettõt összekötõ egyenes a tükör fénytani tengelye. O és G távolsága a gömb sugara (r). A homorú tükörre párhuzamosan esõ sugarak a visszaverõdés után összetartóvá válnak. Vissza Tovább a (2)-ra

22 Homorú tükör A homorú tükörre az optikai tengellyel párhuzamosan esõ sugarak visszaverõdés után a fókuszponton haladnak keresztül. A fókusztávolság a gömbi sugár fele (mint a domború tükörnél). A homorú tükör esetében a visszavert sugarak valóban átmennek a fókuszponton, ezért ezt valóságos gyújtópontnak nevezzük. A homorú tükör a fókuszpontjából (gyújtópont) érkezõ fénysugarakat párhuzamosan veri vissza. Vegyük észre, hogy a két sugármenet éppen egymás megfordítottja. Tükrök esetében ez mindig így van. Vissza

23

24 Síktükör A megfigyelések alapján a síktükör által létrehozott kép:
Látszólagos (a tükörképet a tükör mögött látjuk, ahova nem jut fény, mert a tükör visszaveri, így ernyõn nem fogható). a tárggyal megegyezõ állású, a tárggyal egyenlõ nagyságú, ugyanolyan messze van a tükörtõl, mint a tárgy. Vissza

25 Domború tükör A domború tükörben keletkezõ kép: látszólagos (a tükör mögött keletkezik) egyezõ állású kicsinyített mivel nem természetes nagyságú, a távolságot nehéz megítélni. Domború tükröket általában kicsinyítésre használnak ("többfelé néz egyszerre"): útkeresztezõdésekbe, áruházakba. Vissza

26 Homorú tükör Vissza Tovább a (2)-ra
Ha a tárgy a fókuszponton belül van akkor a kép: látszólagos (tükör mögött keletkezik) tárggyal megegyezõ állású nagyított. Ha a tárgyat távolítjuk a tükörtõl, érdekes dolgok történnek. Ha P (képen) pont fókusztávolságnyira kerül, a visszavert sugarak párhuzamossá válnak, elmosódottá válik a kép Vissza Tovább a (2)-ra

27 Homorú tükör Ha még távolabbra kerül a P pont, akkor a visszavert sugarak már összetartóak lesznek: nem a tükör mögött találkoznak (látszólag), hanem a tükör elõtt, ténylegesen. A tükörkép ekkor: valódi (ernyõn felfogható) fordított állású nagyított . A homorú tükör "összébb tereli" a sugarakat, ezen alapul néhány alkalmazása: autó fényszórója orvosi tükör olimpiai láng meggyújtása Vissza

28 Fénytörés Tovább a (2)-ra Vissza
A tó tükrére esõ fénynek csak kis része verõdik vissza, a nagyobbik rész továbbhalad a vízbe, hiszen az átlátszó. Amikor a fénysugár az egyik átlátszó anyagból a másikba lép, megváltoztatja irányát. Ez a fénytörés jelensége. A beesõ fénysugár, a beesési merõleges és a megtört fénysugár egy síkban van. A beesõ fénysugár és a beesési merõleges által bezárt szöget beesési szögnek nevezzük. A megtört fénysugár és a beesési merõleges által bezárt szög a törési szög. Amikor a fény a levegõbõl a vízbe jut, a fénysugár a merõlegeshez törik (a törési szög kisebb, mint a beesési szög) Vissza Tovább a (2)-ra

29 Fénytörés Tovább a (3)-ra Vissza
A beesési szög szinuszának és a törési szög szinuszának hányadosát a két anyag törésmutatójának nevezzük. A törésmutató megegyezik a fénynek a két közegben mért sebességének a hányadosával. n2,1=C1/C2 n2,1: a második közegnek az elsõ közegre vonatkozó törésmutatója C1: az elsõ közegben mérhetõ fénysebesség C2: a második közegben mérhetõ fénysebesség Ha a törési szög nagyobb mint a beesési szög, így elérhetünk olyan beesési szöget, hogy a törési szög éppen 90° lesz. Ha tovább növeljük a beesési szöget, a fénysugár nem törik meg, hanem visszaverõdik! Ezt teljes visszaverõdésnek nevezzük. Azt a beesési szöget, amelynél a törési szög éppen 90°-os, határszögnek nevezzük. Vissza Tovább a (3)-ra

30 Fénytörés Két anyag közül fénytanilag sûrûbbnek nevezzük azt, amelyikbe a másikból lépve a fény a merõlegeshez törik. Ebbõl következik, hogy a fénysugár a vizbõl a levegõbe lépve a merõlegestõl (a beesési szög kisebb, mint a törési szög) törik. A merõlegesen beesõ fénysugár változatlan irányban halad tovább. A fénytörésnek sok furcsa következménye van: a medence alja sokkal közelebbnek tûnik, ha vízen keresztül ferdén nézed, mint amikor beleállsz és lábbal tapogatod ki. A kiskanál is rögtön "eltörik", ha ferdén tartod a teába, stb. Vissza

31

32 Domború lencse (gyűjtő lencse)
a.) A domború lencse fénytörése A domború lencse a tengelyével párhuzamosan ráesõ sugarakat úgy töri meg, hogy azok a lencse másik oldalán egy ponton, a gyújtóponton (fókusz) haladnak át. A fókuszpont jele: F . Ezért a domború lencsét gyûjtõlencsének is nevezik. A fókuszpont távolsága a lencsétõl a fókusztávolság. Jele: f . A lencséknek - nem úgy mint a tükröknek - mindkét oldalukon van gyújtópontjuk (fókusz), éspedig mindkét oldalon ugyanakkora távolságban. Most tegyünk a gyûjtõlencse bal oldali fókuszába egy kis fényforrást, hogy a lencsére széttartó sugarak érkezzenek Tovább a (2)-ra Vissza

33 Domború lencse (gyűjtő lencse)
A lencsére most a fókuszból érkeznek széttartó sugarak. A gyûjtõlencse úgy töri meg a fókuszából érkezõ széttartó sugarakat, hogy azok a lencsén áthaladva párhuzamossá válnak. Ha még közelebb visszük a lencséhez a fényforrást (fókuszon belülre), a sugarak széttartóak maradnak, de kisebb mértékben, mint a lencse elõtt. Most nézzük meg, mi történik, ha a sugár az optikai középpontba érkezik! A fénysugár, most a lencse optikai középpontjába érkezik. A fénysugár irányváltozás nélkül halad tovább. Vissza Tovább a(3)-ra 33

34 Domború lencse (gyűjtő lencse)
b.) A domború lencse képalkotása Ha a tárgy távolsága nagyobb a fókusztávolság kétszeresénél, akkor a kép valódi, kicsinyített és fordított állású. A kép távolsága az optikai középponttól nagyobb, mint a fókusztávolság, de kisebb, mint a fókusztávolság kétszerese. Ha a tárgy távolsága a fókusztól a fókusztávolság kétszerese, a kor a kép valódi, fordított állású, és ugyanakkora mint a tárgy. A képtávolság ugyanakkora, mint a tárgytávolság. Vissza Tovább a (4)-re

35 Domború lencse (gyűjtő lencse)
Ha a tárgy távolsága az egyszeres és a kétszeres fókusztávolság között van, akkor a kép valódi, fordított állású és nagyított. A kép távolsága nagyobb, mint a kétszeres fókusztávolság. Ha a tárgy a lencse fókuszában van, nem keletkezik kép! Ha a tárgy közelebb van a lencséhez, mint a fókusz, akkor a képet ernyõn nem tudjuk felfogni (látszólagos), és ugyanazon az oldalon keletkezik, ahol a tárgy van. A kép nagyított és egyenes állású. A lencse ebben az esetben nagyítóként mûködik. Vissza

36 Homorú lencse (szórólencse)
a.) A homorú lencse fénytörése A homorú lencse szétszórja a fénysugarakat, ezért szórólencsének is nevezik. Az oktipai tengellyel párhuzamosan beesõ fénysugarak szétszórtan haladnak tovább úgy, mintha a fókuszból indultak volna ki. A fényforrással ellenkezõ oldali fókusz felé beesõ fénysugár az optikai tengellyel párhuzamosan halad tovább. Az optikai középpontba beesõ fénysugár irányváltozás nélkül halad tovább. b.) A homorú lencse képalkotása A szórólencse a tárgyról mindig virtuális, egyenes állású, kicsinyített képet alkot. Vissza

37