Optika
|
Ez a szócikk vagy szakaszlektorálásra,tartalmi javításokra szorul. |
Azoptikavagyfénytanafizikánakafényés általában azelektromágneses sugárzásterjedésével foglalkozó tudományága. A fény tulajdonságait, a fényjelenségeket –fénytörés,fényvisszaverődés,visszatükrözés– vizsgálja.
Az optika szó a görög optikosz (ὀπτικός = látás) szóból származik.[1]
Részterületei[szerkesztés]
- Ageometriai optikaa fényt mint egy sugarat tekinti, mely egyenes vonalban halad az egyesközegekben,a közeghatárokon pedigvisszaverődikvagymegtörik.
- Ahullámoptikaa fénythullámkéntmodellezi, és a fény terjedésével kapcsolatos jelenségekkel foglalkozik. Így magyarázható adiffrakció,azinterferenciaés apolarizációjelensége.
- Akvantumoptikaa fény anyaggal való kölcsönhatását írja le, amely során fény keletkezik vagy megsemmisül, ezért vékony rétegek és határjelenségek magyarázatául szolgál.
Színkép vagy spektrum[szerkesztés]
A színeket a fény frekvenciája határozza meg. A különböző színeknek megfelelő hullámhosszak a fázissebesség és a frekvencia értékének a hányadosa.
Színkép vagy spektrum valamelyfényforrástólkibocsátott fény hullámhossz szerinti felbontásánál a színekhez tartozó intenzitás frekvenciára való eloszlását leíró függvény által adható meg, illetve a fényspektrográfok által a hullámhossz szerint felbontással a térben.
Emissziós színkép[szerkesztés]
A gerjesztett atomi vagy molekuláris rendszer által kibocsátott elektromágneses hullámok hullámhossz szerinti rendszere.
Folytonos színkép[szerkesztés]
Olyan emissziós színkép, amelynek az intenzitása a frekvencia folytonos függvénye, és széles tartományban különbözik nullától.
Fényforrások[szerkesztés]
Meg kell említenünk a fényforrásokat is, mert fényforrás nélkül nincs fény. Két fajta fényforrást különböztetünk meg:
- az elsődleges
- a másodlagos fényforrásokat.
Elsődleges fényforrás[szerkesztés]
Elsődleges (valódi) fényforrásnak tekintjük azokat a tárgyakat, amelyek fényt bocsátanak ki. Elsődleges fényforrások: aNap,acsillagok,agyertyalángja, a lámpa stb.
Másodlagos fényforrások[szerkesztés]
Minden test, ami csak a rá sugárzott és róla visszaverődő fény miatt látható azt másodlagos fényforrásnak nevezzük.
Ez alapján vehetjük úgy is, hogy minden test másodlagos fényforrás, mint például az asztal, tábla, ember stb.
Fényjelenségek[szerkesztés]
Ha a fény két eltérő optikai sűrűségű közeg határára érkezik, akkor egy része visszaverődik, másik része pedig belép az új közegbe. Az új közegben haladó fénysugár általában megtörik. A közegek és a határfelület tulajdonságaitól, valamint a beesés szögétől függ, hogy afényvisszaverődésvagy afénytörésaz erőteljesebb.
A Huygens–Fresnel-elv[szerkesztés]
Christiaan Huygensholland fizikus és csillagász (1629–1695) dolgozta ki az optikai rendszerek elemzésének hasznos módszerét.
Ahullámfrontminden pontja elemi gömbhullámok kiindulópontja. Az elemi hullámok a fény sebességével terjednek. Egy későbbi „t” időpontban a hullámfront új helyzetét az elemi hullámokinterferenciájánakburkolója adja meg.
(Megjegyzés: A hátrafele terjedő elemi hullámok azinterferenciamiatt kioltódnak.)
Fényvisszaverődés[szerkesztés]
Hogyha a közegek és a határfelület tulajdonságai úgy hozzák, hogy a visszaverődés erőteljesebb, a jelenségetfényvisszaverődésneknevezzük.
Teljes visszaverődés (totálreflexió)[szerkesztés]
Ha egy fénysugár az optikailag sűrűbb közeg felől a ritkább közeg felé halad, akkor a határfelületen nem törik meg, hanem azon – mint tökéletes tükrön – visszaverődik. Ilyenkorteljes fényvisszaverődésrőlvagy más néven totális reflexióról beszélünk, mivel a határfelület a ráeső fény 100%-át visszaveri. Ahatárszögeta törési törvényből könnyedén meghatározhatjuk:
ebből:
Brewster törvénye[szerkesztés]
A visszavert sugár teljesen poláros lesz, ha a visszavert, valamint a közegbe behatoló megtört sugár egymásra merőleges. A teljespolarizációhoztartozóbeesési szög és atörésmutatókapcsolata:
Kísérlet[szerkesztés]
Hogy a törvényt ki tudjuk mondani, egy kísérletet kell elvégeznünk, amihez optikai korongot használunk. Az optikai vagy Hartl-korong három részből áll:
- beosztásos korong
- szűrő, ami kiszűri a nem megfelelő irányba haladó fénysugarakat
- tartószerkezet, amire tükröket, illetve lencséket rakhatunk
Jelen esetben a tartószerkezetre egy síktükröt raktunk. A képen látszik, hogy merre halad a fénysugár, és elvileg azt látjuk, ami a mellékelt képen látható.
Törvény[szerkesztés]
A törvény meghatározásához értelmeznünk kell a képet. Az alábbi elnevezéseket használjuk:
- beeső fénysugár (s): a felülethez tartó fénysugár
- visszavert fénysugár (s’): a felülettől távolodó fénysugár
- beesési pont (O): ahol a beeső fénysugár a felületet éri
- beesési merőleges (n): a beesési pontban a felületre állított merőleges
- beesési szög (α): a beeső fénysugárnak a beesési merőlegessel bezárt szöge
- visszaverődési szög (β=α’): a visszavert fénysugárnak a beesési merőlegessel bezárt szöge
A kísérletből megállapíthatjuk a törvényt:
- A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a visszavert fénysugár egy síkban van.
- A visszaverődési szög egyenlő a beesési szöggel.
EztEukleidészKr. e. 300körül már bebizonyította.
Fénytörés[szerkesztés]
Ha egy üvegpohárba vizet öntünk, s rajta átnézve vizsgáljuk a hozzá közel lévő tárgyakat, eltorzult képet látunk. Avízbehelyezett szívószál például megtörtnek látszik, pedig ha kivesszük a vízből, látható, hogy változatlan az alakja. Nem a szívószál törik meg, hanem a fény, amely a vízből érkezik a szemünkbe.
Ha a fénysugár eltérő fénytani sűrűségű anyagok határán átlép, iránya megváltozik. A víz és alevegőhatárán mindig megtörik a fény, kivéve, ha éppen merőlegesen esik a vízfelületre.
A fény fázissebességének nagysága[szerkesztés]
Vákuumban:
Szigetelőben:
(ugyanis)
A közeg abszolút törésmutatója[szerkesztés]
Diszperzió (színszórás)[szerkesztés]
frekvenciafüggése miatt különböző hullámhosszú fénysugarak ugyanabban a közegben különböző sebességgel terjednek. Az új közegben a fényhullámok különböző frekvenciájú komponensei különböző mértékben térnek el a becslési irányhoz képest, azaz szóródnak. Emiatt bontja színeire a különböző frekvenciájú (színű) fények keverékét a prizma.
Relatív törésmutató[szerkesztés]
A második közeg első közegre viszonyított relatív törésmutatója:
Az első közeg optikailag akkor sűrűbb a második közegnél, ha,ellenkező esetben a közeg optikailag ritkább. (Azoptikai sűrűségnem azonos a mechanikaisűrűséggel.)
Snellius–Descartes fénytörési törvénye[szerkesztés]
Ugyanazon közegben a beesési és törési szög szinuszának aránya állandó, és egyenlő az első, illetve második közegben mért terjedési sebességek hányadosával.
Azbeesési szög növelésével a fény energiájának egyre kisebb hányada jut be az új közegbe.
Optikai eszközök[szerkesztés]
- Optikai lencse(domború, homorú)
- Tükör(sík, homorú, domború)
- Prizma
- Szem
- Szemüvegéskontaktlencse
- Optikaitávcsövek
- Galilei-távcső(hollandi távcső)
- Kepler-távcső(csillagászati távcső)
- Newton-távcső
- Cassegrain-távcső
- Ritchey–Chrétien-távcső
- Mikroszkóp
- Fényképezőgépés őse, acamera obscura
- Kamera
- Diavetítő
- Optikai szál
Jegyzetek[szerkesztés]
- ↑Fülöp József:Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár.Celldömölk: Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft. 1998. 107. o.ISBN 963 8334 96 7
Források[szerkesztés]
- Csákány Antal; Flórik György; Gnädig Péter; Holics László; Juhász András; Sükösd Csaba; Tasnádi Péter.Fizika.Akadémia Kiadó (2009).ISBN 978 963 05 8487 6
További információk[szerkesztés]
- Optika.lap.hu - linkgyűjtemény
- FizkapuportálFizFotórovatánakoptika tárgyú fotói
- Hétköznapi fénytani jelenségek