Fénytan. Modellek Videók Fotók Optikai lencsék Fénytörés (3) Fénytörés (2) Fénytörés (1) Tükörképek Fényvisszaverődés A fény terjedése (2) A fény terjedése.

Az előadások a következő témára: "Fénytan. Modellek Videók Fotók Optikai lencsék Fénytörés (3) Fénytörés (2) Fénytörés (1) Tükörképek Fényvisszaverődés A fény terjedése (2) A fény terjedése."— Előadás másolata:

1 Fénytan

2 Modellek Videók Fotók Optikai lencsék Fénytörés (3) Fénytörés (2) Fénytörés (1) Tükörképek Fényvisszaverődés A fény terjedése (2) A fény terjedése (1)

3 A fény terjedése 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 hõmérsékletû testek pl.: Nap, villanykörte, gyertya, stb. A fény a levegõben (és az egyenletes sûrûségû 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 ráesõ 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 levegõ átlátszó. Az átlátszó anyagból készült elég vastag réteg már nem átlátszó: elnyeli a beléje hatoló fényt. Az óceánok fenekén ezért van teljesen sötét. Vissza

4 A fény terjedése A ködön, tejüvegen, zsírpapíron átjön a fény, de rajtuk keresztül nem tudjuk pontosan kivenni a tárgyakat. Ezeket áttetszõ anyagoknak mondjuk. A tárgyak tehát a rájuk esõ 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 világûrben és a levegõben kb. 300 000 km/s. Ez olyan nagy sebesség, hogy a fény egy másodperc alatt hét és félszer kerülné meg a Földet. Vissza

5 Fényvisszaverődés Vissza Síktükör (1) Homorú tükör 1, Homorú tükör 2, Síktükör (2) Domború tükör 1,Domború tükör 2,

6 Síktükör 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. Vissza Tovább a (2)-ra

7 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

8 Domború tükör 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. Vissza Tovább a (2)-ra

9 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

10 Homorú tükör 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

11 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

12 Tükörképek Vissza Síktükör Domború tükör Homorú tükör (1) Homorú tükör (2)

13 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

14 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

15 Homorú tükör 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

16 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

17 Fénytörés 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) Tovább a (2)-ra Vissza

18 Fénytörés 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. Tovább a (3)-ra Vissza

19 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

20 Optikai lencsék Vissza Domború lencse (gyűjtő lencse) (1) Domború lencse (gyűjtő lencse) (2) Domború lencse (gyűjtő lencse) (3) Domború lencse (gyűjtő lencse) (4) Homorú lencse (szórólencse)

21 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 Vissza Tovább a (2)-ra

22 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

23 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

24 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

25 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

26 Modellek Videók Fotók Vissza Geometriai optika Hullámoptika Optikai eszközök Optikai jelenségek