60. Hullámoptika 1.
60. Hullámoptika 1.
TNK 204 - 211. o.
🌈 Hullámoptika
1. Miért kell hullámként értelmezni a fényt?
A geometriai optika csak akkor működik, ha az akadályok mérete nagy a fény hullámhosszához képest. Sok jelenség azonban csak hullámtermészettel magyarázható: színszóródás, interferencia, polarizáció.
"A továbbiakban olyan jelenségeket fogunk vizsgálni, amelyek értelmezésekor csak a fény hullámként való értelmezése vezet eredményre."
🌈 Színszóródás (diszperzió)
A prizma a fehér fényt színeire bontja, mert a törésmutató függ a hullámhossztól. A vörös térül el legkevésbé, az ibolya a legjobban.
Spektrum: vörös, narancs, sárga, zöld, kék, ibolya
A fehér fény összetett szín → a spektrum színeinek keveréke
Kiegészítő színpárok: vörös–kékeszöld, sárga–kék, zöld–bíborvörös
🔦 Lézerfény
A lézer egyszínű, koherens, kis széttartású és nagy teljesítménysűrűségű fényt ad.
"A lézerfény széttartása nagyon kicsi… A lézerfény időben és térben koherens."
Alkalmazások: CD/DVD, vonalkód, sebességmérés, száloptika, orvosi műtétek, nyomtatók, atomórák.
🌈 Interferencia vékony rétegeken
Szappanhártya
A hártya két felületéről visszaverődő fény találkozik → interferencia. A hártya vastagsága helyenként más → különböző színek jelennek meg. A hártya fentről lefelé vastagodik → vízszintes színes csíkok.
Olajfolt
A levegő–olaj és olaj–víz határról visszaverődő fény interferál. A kioltott szín komplementere látszik.
📐 Szuperpozíció és koherencia
Azonos fázis → erősítés
Ellentétes fázis → gyengítés, akár kioltás
Interferencia csak koherens, azaz állandó fáziskülönbségű hullámokkal jön létre.
🕶 Polarizáció
A polárszűrő csak egy rezgési irányt enged át. Két keresztezett szűrő teljesen kioltja a fényt. A polarizáció bizonyítja, hogy a fény transzverzális elektromágneses hullám.
Alkalmazások:
napszemüveg (csillogás csökkentése)
fényképezés
LCD kijelzők
feszültségoptika (színes mintázatok műanyagokon)
🌦 Légköri fényjelenségek
Délibáb: törésmutató-változás a meleg és hideg levegőrétegekben → teljes visszaverődés.
Szivárvány: fénytörés + teljes visszaverődés + diszperzió vízcseppekben.
Ég kék színe: Rayleigh-szórás → a kék fény szóródik legerősebben.
Nap/hold vörös színe: hosszabb légköri út → a kék komponens kiszóródik.
🌼 Az élővilág színei
Festékanyagok: hullámhosszfüggő elnyelés (pl. klorofill → zöld)
Fehér virág, hó: sok apró felületen szóródó teljes fény
Irizálás: vékonyréteg-interferencia (lepke, páva, kagyló)
Kék szem: vékony rétegben szóródó fény
🎬 3D filmek
A két szem eltérő képet kap → térhatás. Modern 3D: polarizált fény és polárszűrős szemüveg.
Középszintű érettségi feladatok
Optika
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_optika.html
Tesztek
50, 67, 68, 82, 84,92
50. Pocsolyán úszó olajfoltocskát figyelünk meg, és azt tapasztaljuk, hogy az a szivárvány színeiben játszik. Miért látszik színesnek?
A – Mert az olajréteg felületéről, illetve az olaj alatti vízfelületről visszaverődő fény interferenciát hoz létre. Indoklás: A két határfelületről visszaverődő fényhullámok útkülönbsége miatt egyes színek kioltódnak, mások erősödnek.
67. Sekély tengerben egy búvár úszik. Egy nagy szikla túloldaláról cápa közelít felé. Megláthatja‑e a búvár a cápát, mielőtt az előbukkan a szikla mögül?
D – Igen, mert a búvár megláthatja a vízfelszínről visszatükröződő cápát.
Indoklás: A nyugodt vízfelszín tükörként viselkedik, így a búvár a felszínről visszaverődő képet láthatja.
68. A mellékelt víz alatti fotón egy úszó látható. Milyen optikai jelenséget figyelhetünk meg rajta?
B – A teljes visszaverődést.
Indoklás: A víz–levegő határfelületen nagy beesési szögnél a fény nem lép ki a vízből, hanem teljes visszaverődést szenved.
82. A fény mely tulajdonságát bizonyítja a fényelhajlás jelensége?
A – Azt, hogy a fény hullámként terjed.
Indoklás: Az elhajlás kizárólag hullámokra jellemző jelenség, részecskék nem hajlanak el akadály mellett.
84. Egy lézernyaláb áthalad a levegőn, az akvárium üvegén, majd belép a vízbe. Melyik tulajdonsága marad biztosan változatlan?
A – A frekvenciája.
Indoklás: A fény frekvenciáját a fényforrás határozza meg, közeghatáron nem változik.
92. Az alábbi jelenségek közül melyik nem magyarázható a fény hullámtulajdonságával?
A – Fotoeffektus.
Indoklás: A fotoeffektus a fény részecske‑természetét (fotonokat) bizonyítja, nem a hullámjellegét.