53. A fénytörés
53. A fénytörés
1. Fénytörés jelensége
- A fény iránya megváltozik, amikor két különböző optikai közeg határára érkezik.
- A megtört fénysugár a beeső sugárral és a beesési merőlegessel egy síkban van.
Beesési szög (α)
A beeső sugár és a beesési merőleges által bezárt szög.
Törési szög (β)
A megtört sugár és a beesési merőleges által bezárt szög.
Tapasztalat
- Ha a fény merőlegesen érkezik a határfelületre → nem törik (α = 0°, β = 0°).
- Ha ferdén érkezik → iránya megváltozik (β ≠ α).
2. A fénytörés törvénye (Snellius–Descartes)
- A szinuszok aránya egyenlő a fény sebességeinek arányával.
- A törésmutató megmutatja, mennyivel lassabban halad a fény az adott közegben.
3. Törésmutató (n)
- A két közeg relatív törésmutatója valóban az abszolút törésmutatóik hányadosa
4. Teljes visszaverődés
Akkor jön létre, ha:
- A fény sűrűbb közegből ritkábbba lépne (pl. üveg → levegő).
- A beesési szög nagyobb, mint a határszög (α > αₕ).
Határszög (αₕ)
- A két közeg relatív törésmutatója valóban az abszolút törésmutatóik hányadosa
- Ha β = 90°, a fény éppen "súrolva" lépne ki → ez a határszög.
- Ha α ennél nagyobb → a fény nem lép ki, hanem teljesen visszaverődik.
5. Alkalmazások
Optikai szál (száloptika)
- A fény mindig a határszögnél nagyobb beesési szöggel érkezik a szál falára → folyamatos teljes visszaverődés.
- A fény így hosszú, kanyargós úton is veszteség nélkül terjed.
- Telekommunikáció, endoszkópia, orvosi képalkotás.
Illúziók a fénytörés miatt
- A vízben lévő pálca "megtörik".
- A medence sekélyebbnek látszik.
- A tárgyak látszólag elmozdulnak a vízfelszín alatt.
6. Prizmák
- A prizma két törést okoz → a fény iránya eltér az eredetitől.
- Az eltérítés mértéke függ:
- a prizma törésmutatójától,
- a törőszögtől (φ),
- a beesési szögtől (α₁).
3. Egy λ = 680 nm hullámhosszúságú fényhullám levegőből n = 1,52 törésmutatójú üveghasábra esik.
a) Mekkora lesz a frekvenciája és a hullámhossza az üvegben?
b) Mekkora lesz a határszög, amely mellett még éppen ki tud lépni az üvegből?
Középszintű fizika érettségi feladatok
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_optika.html
Optika
2, 5, 16, 17, 22, 24, 27, 28, 50, 52, 60, 64, 67, 68, 70, 81, 84, 87, 89, 91
2. Endoszkóp fényvezetése hogyan működik?
C – A fény teljes visszaverődést szenved a kábel falán.
Indoklás: A fényvezető szálak működése a teljes visszaverődés jelenségén alapul, így a fény hosszú úton is veszteség nélkül terjed.
5. Hol legyen a tárgy, ha domború lencsével nagyított, egyenes képet akarunk?
A – A fókusztávolságon belül.
Indoklás: A gyűjtőlencse fókuszon belüli tárgyról nagyított, egyenes állású, látszólagos képet alkot.
16. Hogyan változik az x eltolódás, ha több víz van a kádban?
A – x nő.
Indoklás: A fény útja hosszabb lesz a vízben, így a törés miatt nagyobb oldalirányú eltolódás jön létre.
17. Mi a törési szög, ha a beesési szög a határszög?
C – 90°.
Indoklás: Határszög esetén a törési szög pontosan 90°, a fény a határfelületen halad tovább.
22. Miért nehéz látni a vízben álló ember fürdőnadrágjának színét?
B – A fénytörés torzít, a vízfelszín csillogása és elnyelése zavar.
Indoklás: A vízben a fény útja megtörik és részben elnyelődik, ezért a kép torzul és fakó.
24. Hol van a film a vetítő lencséjéhez képest?
C – A fókusztávolságnál nagyobb távolságra.
Indoklás: Valódi, fordított kép csak akkor keletkezik a vásznon, ha a tárgy a fókuszon túl van.
27. Miért bontja fel a prizma a fehér fényt?
C – A prizma törésmutatója különböző színekre eltérő.
Indoklás: A különböző hullámhosszú fények más szögben törnek, ezért színszóródás jön létre.
28. Mi okozza a koncentrikus köröket az ernyőn?
C – Kicsiny lyukkal ellátott lemez.
Indoklás: A kis nyílás diffrakciót okoz, amely körkörös interferenciaképet eredményez.
50. Miért színes az olajfolt a vízen?
A – A két felületről visszaverődő fény interferenciát hoz létre.
Indoklás: A vékony olajrétegben fellépő interferencia szivárványszerű mintázatot eredményez.
52. Mit mondhatunk a látszólagos képről?
A – Látható, de ernyőn nem felfogható.
Indoklás: A látszólagos kép nem valódi fénysugár-metszéspontból származik, ezért nem vetíthető ki.
60. Mi lehet az optikai eszköz a derékszögű háromszög keresztmetszet alapján?
C – Mindkettő lehet.
Indoklás: A fény útja lehet prizma vagy tükördoboz esetén is azonos.
64. Hogyan viszonyul a törési szög a határszöghöz levegő → üveg esetén?
A – Kisebb a határszögnél.
Indoklás: A fény sűrűbb közegbe lépve a merőleges felé törik, így a törési szög mindig kisebb.
67. Megláthatja-e a búvár a szikla mögötti cápát?
D – Igen, a vízfelszínről visszatükröződő képet láthatja.
Indoklás: A teljes visszaverődés miatt a felszín tükörként viselkedik, így a búvár a cápát "tükörképként" láthatja.
68. Milyen jelenség látható a víz alatti fotón?
B – Teljes visszaverődés.
Indoklás: A víz–levegő határfelületen a fény teljes visszaverődést szenved, ezért tükörszerű képet látunk.
70. Lehet-e teljes visszaverődés vízből üvegbe?
B – Nem, mert a fény a merőleges felé törik.
Indoklás: Teljes visszaverődés csak nagyobb törésmutatójú közegből kisebbe lépve jöhet létre, itt fordítva van.
81. Hogyan halad tovább a levegőből üvegbe érkező fénysugár?
A – Az 1-es nyíl szerint.
Indoklás: A fény sűrűbb közegbe lépve a beesési merőleges felé törik.
84. Mi marad változatlan közegváltáskor?
A – A frekvencia.
Indoklás: A fény frekvenciája a forrástól függ, közegváltáskor nem változik.
87. Mi a határszög levegő → üveg esetén?
C – Nincs határszög.
Indoklás: Teljes visszaverődés csak üvegből levegőbe lépve jöhet létre, fordítva nem.
89. Mekkora a víz üvegre vonatkozó relatív törésmutatója?
B – 0 és 1 közötti érték.
Indoklás: A víz törésmutatója kisebb, mint az üvegé, ezért a relatív törésmutató < 1.
91. Mekkora lehet egy anyag abszolút törésmutatója?
B – Mindig 1-nél nagyobb.
Indoklás: A vákuum törésmutatója 1, minden más közegben a fény lassabban terjed → n > 1.