A geometriai optika alapfogalmai
A geometriai optika alapfogalmai
Látható fény
A látható tartomány az elektromágneses spektrum nagyon szűk része.
380 -760 nm
Az optika két fő ága
Geometriai optika: akadályok ≫ hullámhossz → fényt fénysugarakkal modellezzük.
Fizikai optika: akadályok ≈ hullámhossz → hullámjelenségek (interferencia, diffrakció) számítanak.
A fény terjedési sebessége
Fénysugár
Definíció:A fény kúpfelülettel határolt térrészben, fénynyalábban terjed; a nyílástól távolítva a nyaláb határvonalai párhuzamosak; a legkisebb keresztmetszetű párhuzamos nyaláb a fénysugár.
A fény terjedésének három alaptörvénye:
Egyenes vonalban terjedés: egynemű közegben a fénysugár egyenes.
Megfordíthatóság: általában a fény útja felcserélhető (forrás ↔ ernyő), de nem mindig érvényes.
Függetlenség: fénysugarak kölcsönhatás nélkül áthaladnak egymáson.
Feladatok:
https://kemfiz.hu/fizika_kozep_optika.html
Tesztek: 7, 26, 40, 41, 42, 43, 45, 57, 60.
7. Árnyék hossza vízbe merüléskor
Feladat: Adott napállásnál egy függőleges rúd vízszintes talajon vetett árnyéka 50 cm. Hogyan változik az árnyék hossza, ha a rúd vízbe merül, a többi feltétel változatlan?
Válasz: C) Az árnyék hossza csökken.
Indoklás: A levegőből vízbe törő sugarak a normál felé törnek, így a talajra vetett árnyék rövidebb lesz.
26. Kétszeri tükrözés derékszögű síktükrökről
Feladat: Két, egymással derékszöget bezáró síktükörre eső fénysugár előbb az egyikről, majd a másikról verődik vissza. A második visszaverődés után merre halad tovább a kétszeresen visszavert fénysugár?
Válasz: B) Párhuzamosan halad tovább a beeső fénysugárral.
Indoklás: Két egymásra merőleges síktükör két egymást követő tükrözése a beeső irányt párhuzamosan adja vissza.
40. Kép a doboz hátsó falán nyílásnál
Feladat: Zárt doboz kicsiny kerek nyílással; az emberről fordított valódi kép keletkezik a hátsó falon. Ha a doboz hosszát növeljük (hátsó fal távolabb), mit tapasztalunk?
Válasz: A) A kép mérete megnő, fényessége csökken.
Indoklás: Távolabb nagyobb geometriai kép keletkezik, ugyanakkor ugyanannyi fény nagyobb felületen oszlik el → kisebb fényesség.
41. Víz alól kilépő és felszínről visszaverődő sugarak
Feladat: Víz alól fénysugarat bocsátunk a víz levegővel érintkező vízszintes felszíne felé; a határfelületről egy része visszaverődik, egy része kilép. Melyik ábra mutatja helyesen a sugarak menetét?
Válasz: C) Az C) ábra.
Indoklás: Kilépéskor a sugár a normáltól távolabb törik (n_víz>n_levegő); a visszavert sugár a beesési szög szerint tükröződik.
42. Autó megolvadása felhőkarcoló mellett
Feladat: Egy ívelt londoni felhőkarcoló közelében megolvadt egy fekete autó. Mi lehetett az oka?
Válasz: A) A homorú üvegfelület fókuszálta a napsugarakat, az autó a fókuszpontban állt.
Indoklás: Homorú (konkáv) görbület képes párhuzamos napsugarakat fókuszálni; fókuszpontban erős felmelegedés lehetséges.
43. Fénysebesség párhuzamos falú lemezek között
Feladat: Párhuzamos falú üveglemez (2. közeg) két különböző törésmutatójú közeget választ el. A 1. közegből lézersugarat bocsátunk az üvegre, az út alapján melyik közegben terjed leggyorsabban a fény?
Válasz: A) Az 1. közegben terjed leggyorsabban.
Indoklás: A sugár a 1→2 belépésnél a normál felé tör, tehát n2>n1 → n₁ a legkisebb törésmutató, ott a legnagyobb sebesség.
45. Miért nagy kiterjedésű fényforrások a műtőkben
Feladat: Miért szerelnek az orvosi műtőkbe nagy kiterjedésű fényforrásokat?
Válasz: C) Hogy a műtéti területen sehol ne keletkezzen teljes árnyék.
Indoklás: Nagy felületű, több irányból érkező fény egyenletes, árnyékmentes megvilágítást biztosít.
57. Periszkóp tükrök helyettesítése
Feladat: Sanyi periszkópjába síktükröket tett; Laci más optikai eszközöket használt. Mikkel helyettesíthette a tükröket?
Válasz: C) Derékszögű prizmákkal.
Indoklás: Derékszögű prizmák belső teljes visszaverődéssel ugyanúgy eltérítik a sugarat, mint síktükrök.
60. Visszaverődés egyenlő szárú derékszögű háromszög keresztmetszetű eszközben
Feladat: Egy egyenlő szárú derékszögű háromszög keresztmetszetű optikai eszközben az ábrán látható módon verődött vissza a fénysugár. Mi lehet az eszköz?
Válasz: C) Mindkettő lehet (üvegprizma vagy doboz belső ferde síktükrökkel).
Indoklás: Ugyanazt a visszaverődési útvonalat adhatja egy üvegprizma (TIR) vagy egy doboz belső ferde tükrökkel.