Fénytan segédlet

Alapismeretek

1.
Minden izzó test (Pl. Nap mint égitest, a gyertya, a villám, stb.) fényt bocsát ki magából. 
Ezt nevezzük fényforrásnak. 
Ezek a fényforrások magas hőmérsékletűek. 
Beszélhetünk úgynevezett hideg fényforrásokról is, ilyenek például az autók ködlámpája, vagy az autó műszereinek fénye, vagy a fényreklámok. Értelem szerűen azért hideg fényforrás a nevük, mert a hőmérsékletük nem magas. 

2.
A fényforrásokat csak akkor látjuk, ha róluk a fény a szemünkbe érkezik.

A virágot, a képet, a könyvet, stb. testeket (amik nem világítanak) csak akkor látunk, ha őket valamilyen fényforrás megvilágítja, és a róluk visszaverődő fény a szemünkbe jut.

3.
Vannak anyagok melyek átengedik a fény nagy részét, ilyen pl. az ablaküveg, a levegő, vagy egy vékony vízréteg.
Az ilyen anyagokat átlátszó anyagnak nevezzük.

A vason, a falon, stb. nem jut át a fény. Azokat az anyagokat, melyek nem engedik át a fényt, átlátszatlan anyagoknak nevezzük.

Vannak anyagok, melyeken a fénynek csak kis része jut át, pl. tejüveg, vagy az olajos papír. Az ilyen anyagok az áttetsző anyagok.

4.
A fény mindig (minden körülmények között) (:D) egyenes vonalban terjed! 
Az árnyék pl. a fény egyenes vonalban való terjedésének következménye, ugyanis a fény nem tudja megkerülni a testeket.

5.
A fény sebessége 300 000 km/secundum (km/másodperc!) légüres térben.


A fény visszaverődése a sík- és a gömbtükörről

1.
Ha a fénysugarak útjába tükröt teszünk, arról a fénysugarak visszaverődnek.

2.
A tükör lehet - síktükör
                  - gömbtükör - homorú tükör
                                   - domború tükör

3. Visszaverődés síktükörről


 

Ha a fény síktükörről verődik vissza akkor:
A beeső fénysugár mindig a tükör egy pontjából verődik vissza. 
Ha ebbe a pontba merőlegest állítunk a tükör síkjára, akkor azt beesési merőlegesnek nevezzük. 
A beesési merőlegeshez viszonyítjuk a beeső és a visszavert fénysugarat. 
A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a visszavert fénysugár egy síkban van. 
A beeső fénysugár és a beesési merőleges közti szög a beesési szög. 
A visszavert fénysugár és a beesési merőleges közti szög a visszaverődési szög. 

A síktükör esetében a visszaverődési szög mindig ugyanakkora mint a beesési szög. 
Ha a fénysugár merőlegesen éri a síktükröt, akkor a fénysugár önmagában verődik vissza. 
A síktükörre a párhuzamosan eső sugarak visszaverődése is párhuzamos. 




 

4. A fény visszaverődése homorú tükörről
 

Ha párhuzamos sugarakat vetítünk a homorú tükörre az optikai tengellyel párhuzamosan akkor:
A tükör az ilyen sugarakat összetartóan veri vissza.
A visszavert sugarak egy pontban találkoznak.
Ennek a pontnak a neve fókusz pont vagy gyújtópont. Jele: F

(A gyújtópont elnevezés onnan ered, hogy ha valamit ebbe a pontba teszünk, azt meg is lehet gyújtani.)

A gyújtópont fele akkora távolságban van a tükörtől, mint a tükör mértani középpontja. A tükör mértani középpontjának neve görbületi pont, jele: G.
A gyújtópont (fókusz) és a tükör közti táv a gyújtótávolság vagy fókusztávolság. Jele: f. 
A gyújtótávolság fele a görbületi sugárnak. 
(Tehát a fókusz a görbületi pont fele.)

Ha a gyújtópontba pontszerű fényforrást teszünk, akkor a fénysugarak a homorú tükörről visszaverődve párhuzamosan haladnak. 

Ha a fényforrást a tükörhöz közelítem, akkor a visszavert sugarak széttartókká válnak. Ezt a technikát használják az autók fényszórójánál is. 
 

5. A fényvisszaverődése domború tükörről

Ha párhuzamos fénysugarakat bocsátunk domború tükörre, akkor a tükör azokat széttartóan veri vissza. 
A visszavert fénysugarak úgy fognak kinézni, mintha a tükör mögül egy pontból indulnának ki. Ezt a pontot látszólagos fókusznak nevezzük. (Vagy látszólagos gyújtópontnak.)


 

A sík- és a gömbtükör képalkotása

1. 
A tükör előtt lévő személyeket, tárgyakat, stb. úgy látjuk, mintha azok a tükör mögött lennének. Ezt nevezzük tükörképnek. 

2. A síktükörben látható kép

Ha a síktükör elé pl. egy gyertyát teszünk, akkor a gyertya képét a tükör mögött látjuk. 
Ezt a képet nem lehet ernyőn, vásznon, a falon, stb. felfogni. Ezért ezt a fajta képet látszólagos képnek nevezzük. 

Ha olyan képpel van dolgunk, ami egy ernyőn, vásznon, falon, stb. felfogható, azt valódi képnek mondjuk. Pl. így:






Ilyen a valódi kép.
A síktükör NEM ilyen!

A síktükörben a gyertya képe a gyertyával megegyező állású és ugyanakkora mint a gyertya. A tükörben látott kép ugyanakkora távolságban van a tükör mögött, mint a gyertya a tükör előtt. 

Összefoglalva tehát a síktükörben látható kép mindig:
- látszólagos kép
- a tárggyal megegyező állású
- a tárggyal megegyező nagyságú
- a képtávolság egyenlő a tárgytávolsággal.
 

3. A homorú tükör képalkotása

Ha homorú tükör elé teszünk pl. egy gyertyát, akkor a keletkező kép tulajdonságai eltérőek lesznek.
Ez attól függ, hogy a gyertyát a fókuszponton belül, a fókuszpont és a görbületi középpont közé, vagy a görbületi középponton kívül helyezzük el.
 

A homorú tükörrel nagyított kép jön létre, ilyen tükröt használnak pl. az orvosok. 

4. A domború tükör képalkotása

Ha pl. egy gyertyát teszünk a domború tükör elé, akkor:
- a kép látszólagos
- a tárggyal megegyező állású
- kicsinyített
- a kép a tükör mögött látható

Ilyen tükröt használnak az autók visszapillantójánál. A kicsinyítés miatt nagyobb forgalmi helyzet látható be segítségével. DE: a benne lévő objektumok távolsága a tükörben nehezebben felbecsülhető!
 

Fénytörés

Ha ferde irányban fénysugarat bocsátunk az üveg felszínére, akkor a sugár egy része visszaverődik, a másik része az üveg felszínén megváltoztatja irányát azaz megtörik és behatol az üvegbe. 

1. fénytörés a levegő és egy másik átlátszó anyag határfelületén

- A beeső fénysugár a levegő és az üveg határfelületének egy pontján megtörik.
- Ha ebbe a pontba merőlegest állítunk, ez a beesési merőleges. Ehhez viszonyítjuk a beeső és a megtört fénysugarat.
- A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a megtört fénysugár egy síkban van.

Ha a fény optikailag ritkább anyagból sűrűbb anyagba lép, akkor a törési szög mindig kisebb mint a beesési szög. 

A merőlegesen érkező fénysugár nem törik meg.

Ha a fény optikailag sűrűbb anyagból ritkább anyagba lép, akkor a törési szög mindig nagyobb mint a beesési szög. 

2. Fénytörés párhuzamos falú lemezen

Ha párhuzamos falú átlátszó lemezre ferdén fénysugarat bocsátunk, akkor az kétszer törik meg. 
Egyszer akkor mikor a levegőből az üvegbe lép.
Másodszor mikor az üvegből a levegőbe lép. 
Ilyen esetben a fénysugár az eredeti irányához képest párhuzamosan eltolódva halad tovább. 

5. Fénytörés prizmán

Ha fénysugarakat bocsátunk az üvegprizmára, akkor a sugár kétszer törik meg.
Először mikor az üvegbe lép, másodszor mikor az üvegből kilép.
DE! A prizma esetében a fénysugár a prizma vastagabb része felé törik meg, úgy halad tovább.

Fénytörés a domború és a homorú lencsén

1.
Lencsét használnak pl. a szemüvegben, a fényképezőgépekben, a mikroszkópban, stb.
A lencsék átlátszóak, gömbfelület vagy egy gömbfelület és egy sík felület határolja őket.
Két típusuk van: a homorú lencse és a domború lencse.

2. Fénytörés domború lencsén

Ha párhuzamosan fénysugarakat bocsátunk domború lencsére az optikai tengellyel párhuzamosan, akkor:
- a fénysugarak megtörnek, és egy ponton haladnak át.
- ez a pont a fókusz, vagy gyújtópont.
- a lencse és a fókusz közti táv a fókusztávolság vagy gyújtótávolság.
- ha valamit ebbe a pontba teszünk, az meggyulladhat.

Az ilyen lencsét gyűjtőlencsének is nevezik, mert a sugarakat mint említettem egy pontba gyűjti össze.

Ha a fókuszba fényforrást teszünk, a sugarak párhuzamosan haladnak tovább. Autók fényszórójánál használják ezt.

3. Fénytörés homorú lencsén

Ha párhuzamos fénysugarakat vetítünk homorú lencsére, akkor a sugarak megtörnek és széttartókká válnak.
Ezért szórólencsének is nevezik.
A sugarak úgy haladnak tovább, mintha egy pontból indulnának ki. Ez a pont a látszólagos fókusz.

A domború és a homorú lencse képalkotása

1
domború lencsét használ pl. az órásmester, a bélyeggyűjtő, ilyen van a fényképezőben vagy a távcsőben.

2. A domború lencse képalkotása

Ha egy tárgyat a domború lencse elé teszünk, akkor a keletkező kép attól függ, hogy a tárgy pontosan hol helyezkedik el.
A tárgy lehet: a lencse és a fókusz között, a fókuszban, a fókusz és a kétszeres fókusz között, vagy a kétszeres fókuszban illetve a kétszeres fókuszon kívül.

3. A homorú lencse képalkotása
 

Ha egy tárgyat teszünk a homorú lencse elé, akkor a kép:
- látszólagos
- a tárggyal megegyező állású
- kicsinyített
- a tárggyal megegyező oldalon látható
 

A mikroszkóp és a távcső

1.
Mikroszkóp - a szabad szemmel nem, vagy alíg látható tárgyak vizsgálatához használják.
Távcső - a tőlünk messze lévő tárgyak vizsgálatához használják.
Mindkettőben lencse van.
Az ilyen eszközöket összetett nagyítónak is nevezik.

2. Mikroszkóp
A nagyítónál erősebb, mert nagyítóval max. 20x-os nagyítás hozható létre.
A mikroszkópban két lencse van. Egy tárgylencse és egy szemlencse.
A tárgylencse kicsi, nagyított képet hoz létre. A kép fordított és valódi.
A tárgylencse képét a szemlencsével nézzük. Ez a kép látszólagos és nagyított.
A vizsgált tárgy 2 üveglemez közé kerül.
2000x-es nagyítás is elérhető.

3. Távcső
A tárgylencse nagy, nem hoz létre nagyított képet.
A szemlencse nagyít, de a kép fordított lesz. Ezt prizma segítéségével állítják helyre.


Az emberi szem és a látás

1.
A fény  a szemünk közepén lévő nyíláson jut be a szembe. Ez a nyílás a pupilla.
A pupilla szűkül illetve tágul a fényviszonyoknak megfelelően.
Ha sok a fény akkor szűkül.
Ha kevés a fény akkor tágul.

2.
A szem lényegében egy domború lencse. Kicsinyített fordított állású valódi képet ad az ideghártyára (a szem hátsó fala). Ezt a képet az agy "állítja helyre". 
 

3. 
Az egészséges szem a közeli és a távoli tárgyakról is éles képet ad. A szemgolyó domborulata változtatható, így a fókusz is előre-hátra mozog. 
 

4.
A problémás szemmel kapcsoltban beszélhetünk rövidlátásról vagy távollátásról.

Rövidlátás
A szemlencse közelebbre gyűjti össze a fényt, így a távolt tárgyak mosódottak.
A beteg ilyenkor homorú lencsét kap.

Távollátás
Távolra a látás éles, közelre homályos. A beteg ilyenkor domború lencsét kap.


A testek színe

1.
Ha a prizmát a Nap sugarainak útjába tesszük, és a képet egy ernyőn felfogjuk, a következőket láthatjuk:
A prizma nem csak megtöri, hanem színekre is bontja a sugarakat.
Vörös, narancs, sárga, zöld, kék, ibolya, stb. színt látunk, a színek közt átmenet van.

2.
A prizma a különböző színű sugarakat különböző mértékben töri meg. Legjobban az ibolya, legkevésbé a vörös törik meg.

3.
Ha a prizmából kilépő színeket egy gyűjtőlencsével egyesíted, akkor fehér fényt kapsz. Ezért mondjuk hogy a fehér egy összetett fény.

4.
A színek keveredése új színeket hoz létre.

5.
A szivárvány jelenség:
A szivárvány tulajdonképpen a napsugár színekre bontása. Akkor látjuk ha előttünk esik az eső, mögöttünk pedig süt a Nap. Ilyenkor a fény az esőcseppeken megtörik, és visszaverődik.

6.
A testek a rájuk eső fény egy részét elnyelik, másrészét visszaverik.
A testek színe attól függ, hogy róluk milyen színű fény jut a szemünkbe.
A rózsa pl. piros, mert csak piros fényt ver vissza.
A szára zöld, mert az csak zöld fényt ver vissza.
 

A fekete minden színt elnyel.

A dolgozathoz jó felkészülést, és sok sikert kívánok!
Remélem hasznos lesz ez a kis anyag. Természetesen a dolgozatban ennyi minden nem fog szerepelni, de gondoltam adjon átfogó képet a tananyagról ez a segédlet.