fényjelenségek bemuatása, optikai jelenségek alkalmazásai

2. Fényvisszaverődés
A fényvisszaverődés (reflexió)
egy optikai jelenség. 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.

3. Ha a fényvisszaverődés egy kellően sima[1]
felületről történik, akkor a visszaverődést szabályos
fényvisszaverődésnek nevezzük. Az alábbi törvények a
szabályos fényvisszaverődésre vonatkoznak.

4. A fényvisszaverődés törvényeinek
megfogalmazásához szükséges fogalmak:
-Beesési pontnak nevezzük a két közeg határfelületén azt a
pontot, ahova a (vizsgált) fénysugár beérkezik.
-Beesési merőlegesnek nevezzük a beesési ponton
átmenő, két közeg határfelületére merőleges egyenest.
-Beesési szögnek hívjuk a beeső fénysugár és a beesési
merőleges közti szöget.
-Visszaverődési szögnek nevezzük a visszaverődő fénysugár
és a beesési merőleges közti szöget.

5. A fényvisszaverődés törvényei
Eukleidész, i. e. 300 k
-A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a
visszavert fénysugár azonos síkban van.
-A beesési szög (α) és a visszaverődési szög (α')
ugyanakkora. Képlettel felírva: α = α'.

6. A fényvisszaverődés törvényeinek
következményei:
-A határfelületre merőlegesen beeső fénysugár
önmagába verődik vissza.
-A sík visszaverő felületre egymással
párhuzamosan beeső fénysugarak egymással
párhuzamosan verődnek vissza.

7. Szórt (diffúz) fényvisszaverődés
Ha a fényvisszaverő felület érdes, akkor a szórt
(diffúz) visszaverődés jön létre. A diffúz visszaverődés
miatt látjuk a (saját fénnyel nem rendelkező, de
megvilágított) tárgyakat gyakorlatilag minden
irányból.

8. Fényképek a visszaverődésről
Párhuzamos
fénynyaláb
visszaverődése
sík felületről

9. Párhuzamos fénysugarak visszaverődése sík
felületről.

10. Fénytörés (refrakció) egy optikai jelenség.
A fénytörés
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

11. A fénytörés
törvényei
Állítsunk merőlegest a
két közeg határára abban a
pontban, ahova a fénysugár
érkezik! Ez az egyenes a
beesési merőleges. A felületre
érkező fénysugár és a beesési
merőleges által bezárt szög a
beesési szög (α), a megtört
fénysugár és a beesési
merőleges közti szög a törési
szög (β).

12. A fénytörés törvényei a következők:
-A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a megtört
fénysugár egy síkban van.
-A merőlegesen beeső fénysugár nem törik meg.
-A beesési szög szinuszának és a törési szög
szinuszának
hányadosa a két közegre jellemző állandó. (Snellius
Descartes-törvény, 1621 és 1629)[1] A Snellius–Desca
Sini/sinr=állandó

13. A törésmutató
A Snellius-Descartes-törvényben szereplő
állandót a második közegnek az első közegre
vonatkozó törésmutatójának nevezzük. és n21-gyel
jelöljük. (Egyértelmű esetekben gyakran csak a
törésmutató kifejezést használjuk.) Képlettel felírva:
Egy anyag vákuumra vonatkozó törésmutatóját
az adott anyag abszolút törésmutatójának nevezzük,
és n-nel jelöljük.

14. következménye
Ha egy ceruzát félig vízbe mártunk: felülről nézve úgy
tűnik, mintha a ceruza a levegő és a víz határán megtört
volna. A tárgyak egy-egy pontját ott látjuk, ahol a róluk
kiinduló, és a szemünkbe jutó fénysugarak visszafelé
történő meghosszabbításai metszik egymást. Amikor a
ceruzát vízbe mártjuk, a róla kiinduló fénysugarak a víz és
a levegő határán megtörnek. Emiatt úgy látjuk, mintha a
ceruza vége máshol lenne, mint amikor még üres volt a
pohár.
Ceruza a vízben
Üres pohárban Vízzel teli pohárban

15. Teljes fényvisszaverődés
A teljes fényvisszaverődés (totálreflexió) egy
optikai jelenség. Ha a fény egy optikailag sűrűbb
közegből egy optikailag ritkább közeg határához
érkezik, továbbá a beesési szög elég nagy, akkor a
teljes fénymennyiség visszaverődik a
határfelületről.

17. Felfedezése
A teljes fényvisszaverődést Vitello fedezte fel a 13.
században. A fénytörés alapján 1611-ben Johannes
Kepler adott magyarázatot a jelenségre. A határszög
és a törésmutató közti összefüggést 1802-ben William
Hyde Wollaston ismerte fel.

18. Gyakorlati alkalmazásai
Mivel a legjobb minőségű tükrök is csak a fény 95
százalékát verik vissza, egyes optikai eszközökben a
tükrök
helyett a teljes fényvisszaverődést használják a fény
irányának
megváltoztatására. Ilyen alkalmazások például:
-Visszatükrözés (retroreflexió) megvalósítása
-Képfordító prizma.
-Refraktométerek egyes típusai.
-Optikai szál.

19. Prizma
A prizma olyan átlátszó anyagból készült test, melynek
optikai sűrűsége eltér a környezet optikai sűrűségétől. Emiatt
a fény terjedési sebessége a prizmába lépve megváltozik, és a
fénynyaláb megtörik. A fénysugár a prizmában tovább halad,
majd az újabb határfelülethez érve ismét megtörik. Az
egyszerű prizmára eső fénysugár tehát általában kétszer törik
meg: a prizmához érve és a kilépéskor.

20. Fajtái
Egyszerű prizma
A gyakorlatban leggyakrabban használt prizmák
háromélű üveghasábok, amelyeknek a keresztmetszete
egyenlő szárú háromszög. A fénysugár eltérülésének
mértéke
függ a prizma anyagának a környezetére vonatkoztatott
törésmutatójától , a fény beesési szögétől , és a prizma
törőszögétől , vagyis az egyenlő szárú háromszög
csúcsszögétől.

21. Egyeneslátású vagy Amici-prizma
Az egyeneslátású prizma 3 vagy 5 különböző
diszperziójú, egyszerű prizmából van
összeragasztva. Úgy bontja színeire a ráeső
nyalábot, hogy a középső (sárga) tartomány
irányváltozás nélkül halad tovább.

22. Képfordító vagy derékszögű prizma
Az egyszerű prizma egy speciális változata, a
törőszöge 90˚-os. A prizma belsejében az üveg és
a levegő határfelületére 45°-kal beeső fénysugár
teljes visszaverődést szenved, így ez a prizma 90°-
kall, illetve 180°-kal téríti el a fénysugarakat.
Gyakran alkalmazzák tükrök helyett (pl. Lencsés
távcsövek).

23. Optikai szál
Az optikai szál egy igen tiszta, néhány tíz
mikrométer átmérőjű üvegszálból és az ezt körülvevő,
kisebb optikai törésmutatójú héjból álló vezeték.
Működési elve a fénysugár teljes visszaverődésén alapul:
A fénykábel egyik végén belépő fényimpulzus a vezeték
teljes hosszán teljes visszaverődést szenved, így a
vezeték hajlítása esetén is – minimális
energiaveszteséggel – a szál másik végén fog kilépni.

24. Délibáb
A délibáb (vagy fata morgana) egy légköri
fényvisszaverődési jelenség.
Főleg sík területeken, meleg időben fellépő
légtükröződési jelenség, ami a távolságuk miatt
egyébként nem látható tárgyakat láthatóvá teszi, amint
a látóhatáron lebegnek, megkettőződnek; vagy fordított
állásban látszanak az egyébként is látható tárgyak.

25. Köszönöm a figyelmet!
Készítette:
Reszler Kristof