A teljes visszaverődés jelenségének bemutatása

Az előadások a következő témára: "A teljes visszaverődés jelenségének bemutatása"— Előadás másolata:

1 A teljes visszaverődés jelenségének bemutatása
A teljes visszaverődés jelenségének bemutatása (7-8. évf.)

2 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

3 A jelenség magyarázata a fénytörésben keresendő.
Vizsgáljuk meg, hogy a fénytörés milyen feltételei mellett jön létre ez a „fénycsapda”!

4 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

5 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

6 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°)

7 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.

8 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.)

9 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?

10 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

11 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.)

12 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.)

13 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.)

14 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

15 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.

16 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.

17 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.

18 Teljes visszaverődés a tudományban
Az optikai kábel 400_F_ _R3t0gGEO0yP0uDGHqAO5mxHZEu1CVMon

19 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, telefonhívást volt képes egy időben lebonyolítani. Az USA-ban élő, japán származású Kao professzor 2009-ben Nobel-díjat kapott találmányáért. imagesCA1ISITF; Charles K. Kao Az optikai kábelekből álló kommunikációs hálózatok életünk részévé váltak a telefonbeszélgetéseinkben, az internethálózatok működésében, a hírközlésben.

20 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. Flexibles_Endoskop; 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.

21 Száloptika a lakásdekorációban
Szemet gyönyörködtető, otthonos, hangulatos hatása miatt dekorációs elemként is szívesen alkalmazzák a száloptikát a világítástechnikában.