Hadházy Tibor. A színek a fény tettei és szenvedései J. W. Goethe. 1. Hogyan keletkeznek a színek

Hasonló dokumentumok
Biofizika. Sugárzások. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? Biológiai jelenségek fizikai leírása/értelmezése

A fény mint elektromágneses hullám és mint fényrészecske

Mechanikai hullámok. Hullámhegyek és hullámvölgyek alakulnak ki.

TÁVKÖZLÉSI ISMERETEK FÉNYVEZETŐS GYAKORLAT. Szakirodalomból szerkesztette: Varga József

OPTIKA. Hullámoptika Diszperzió, interferencia. Dr. Seres István

Hullámok, hanghullámok

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

OPT TIKA. Hullámoptika. Dr. Seres István

Abszorpciós spektroszkópia

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Hullámmozgás. Mechanikai hullámok A hang és jellemzői A fény hullámtermészete

Az optika tudományterületei

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

11. Egy Y alakú gumikötél egyik ága 20 cm, másik ága 50 cm. A két ág végeit azonos, f = 4 Hz

Fény, mint elektromágneses hullám, geometriai optika

FÉNYTAN A FÉNY TULAJDONSÁGAI 1. Sorold fel milyen hatásait ismered a napfénynek! 2. Hogyan tisztelték és minek nevezték az ókori egyiptomiak a Napot?

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

A hőmérsékleti sugárzás

Optika és Relativitáselmélet II. BsC fizikus hallgatóknak

A teljes elektromágneses színkép áttekintése

ELEKTROMÁGNESES REZGÉSEK. a 11. B-nek

A teljes elektromágneses spektrum

OPTIKA. Hullámoptika Diszperzió, interferencia. Dr. Seres István


Rezgések és hullámok

Kristályok optikai tulajdonságai. Debrecen, december 06.

Látás. Látás. A környezet érzékelése a látható fény segítségével. A szem a fényérzékelés speciális, páros szerve (érzékszerv).

Biofizika. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? A biológiában és orvostudományban alkalmazott fizikai módszerek tárgyalása

1. A hang, mint akusztikus jel

A fény visszaverődése

Biofizika. Csik Gabriella. Mi a biofizika tárgya? Mi a biofizika tárgya? A biológiában és orvostudományban alkalmazott fizikai módszerek tárgyalása

Optika gyakorlat 6. Interferencia. I = u 2 = u 1 + u I 2 cos( Φ)

Geometriai és hullámoptika. Utolsó módosítás: május 10..

9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése jegyzőkönyv

Spektrográf elvi felépítése. B: maszk. A: távcső. Ø maszk. Rés Itt lencse, de általában komplex tükörrendszer

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Abszorpciós fotometria

OPTIKA-FÉNYTAN. A fény elektromágneses hullám, amely homogén közegben egyenes vonalban terjed, terjedési sebessége a közeg anyagi minőségére jellemző.

d) A gömbtükör csak domború tükröző felület lehet.

Hullámok tesztek. 3. Melyik állítás nem igaz a mechanikai hullámok körében?

Az elektromágneses hullámok

Atommodellek de Broglie hullámhossz Davisson-Germer-kísérlet

A NEM-IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK. Elektromágneses sugárzások és jellemzőik

OPTIKA. Geometriai optika. Snellius Descartes-törvény szeptember 19. FIZIKA TÁVOKTATÁS

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Rezgés, Hullámok. Rezgés, oszcilláció. Harmonikus rezgő mozgás jellemzői

Zaj- és rezgés. Törvényszerűségek

Műszeres analitika II. (TKBE0532)

OPTIKA. Ma sok mindenre fény derül! /Geometriai optika alapjai/ Dr. Seres István

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

A hang mint mechanikai hullám

24. Fénytörés. Alapfeladatok

A fény tulajdonságai

Optika gyakorlat 2. Geometriai optika: planparalel lemez, prizma, hullámvezető

László István, Fizika A2 (Budapest, 2013) Előadás

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

Optika fejezet felosztása

Erdélyi Magyar Adatbank

OPTIKA. Fénykibocsátás mechanizmusa fényforrás típusok. Dr. Seres István

A színek fizikája szakdolgozat

A fény útjába kerülő akadályok és rések mérete. Sokkal nagyobb. összemérhető. A fény hullámhoszánál. A fény hullámhoszával

Optika. sin. A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a visszavert, illetve a megtört fénysugár egy síkban van.

11.3. Az Achilles- ín egy olyan rugónak tekinthető, amelynek rugóállandója N/m. Mekkora erő szükséges az ín 2 mm- rel történő megnyújtásához?

2. Miért hunyorognak a csillagok? Melyik az egyetlen helyes válasz? a. A Föld légkörének változó törésmutatója miatt Hideg-meleg levegő

Modern Fizika Labor. 17. Folyadékkristályok

Legyen a rések távolsága d, az üveglemez vastagsága w! Az üveglemez behelyezése

A színérzetünk három összetevőre bontható:

Atomfizika. Fizika kurzus Dr. Seres István

Történeti áttekintés

OPTIKA-FÉNYTAN. A fény elektromágneses hullám, amely homogén közegben egyenes vonalban terjed, terjedési sebessége a közeg anyagi minőségére jellemző.

FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

A digitális képfeldolgozás alapjai

A modern fizika születése

Készítette: Bagosi Róbert Krisztián Szak: Informatika tanár Tagozat: Levelező Évfolyam: 3 EHA: BARMAAT.SZE H-s azonosító: h478916

Elektromágneses hullámok - Interferencia

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Elektromágneses hullámok, a fény

FIZIKA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

Rezgőmozgás, lengőmozgás, hullámmozgás

Audiofrekvenciás jel továbbítása optikai úton

A légköri sugárzás. Sugárzási törvények, légköri veszteségek, energiaháztartás

Abszorpciós spektrometria összefoglaló

Színképelemzés. Romsics Imre április 11.

Fényvezető szálak és optikai kábelek

Mechanikai rezgések Ismétlő kérdések és feladatok Kérdések

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Rezgőmozgás. A mechanikai rezgések vizsgálata, jellemzői és dinamikai feltétele

Értékelési útmutató az emelt szint írásbeli feladatsorhoz

A NAPFÉNY ÉS A HŐ I. A FÉNY TULAJDONSÁGAINAK MEGFIGYELÉSE. Dátum:

Hangintenzitás, hangnyomás

Modern fizika vegyes tesztek

Elektromágneses rezgések, elektromágneses hullámok Hasonlóan a mechanikai hullámokhoz, ahol rezgés hoz létre hullámot (pl. gitárhúr rezgése levegőben

Látás Nyelv Emlékezet

GEOMETRIAI OPTIKA I.

SZÍNES KÍSÉRLETEK EGYSZERÛEN

Atomfizika. A hidrogén lámpa színképei. Elektronok H atom. Fényképlemez. emisszió H 2. gáz

Osztályozó vizsga anyagok. Fizika

9. évfolyam. Osztályozóvizsga tananyaga FIZIKA

Átírás:

Hadházy Tibor Színek a fizikában A színek a fény tettei és szenvedései J. W. Goethe 1. Hogyan keletkeznek a színek 1. kép. Szinyei-Merse Pál: Pacsirta (WWW1) Feltehetően már korai ősünket is lenyűgözte kilépve barlangjából a hosszú tél után a tavaszba hajló természet kínálta színkavalkád. Ezt az élményt mi is átélhetjük, ha van időnk néha megállni rohanó világunkban, s rácsodálkozni arra a színgazdagságra, amit az élő természet és az épített környezet kínál számunkra. A körülöttünk lévő színes világ mindennapi életünkben a jó közérzet és a sok öröm egyik forrása írja Arisztotelész. Johannes Itten (1888 1967) szerint pedig A szín élet. A színek nélkül halott lenne a világ A színek a fény gyermekei, a fény pedig a színek anyja (vö. Lukács 1982: 82). S amint központi csillagunk, a Nap minden földi élet forrása, a napsugárzás a színek létrejöttének feltétele is. Ebben a fejezetben kísérletet teszünk arra, hogy leíró jelleggel bemutassuk a színek keletkezésének fizikai alapjelenségeit, jellemzőiket, s szóljunk a színinger észleléséről, a színeslátás sajátosságairól. A későbbiek illusztrálására, illetve a tisztelt olvasó

12 Hadházy Tibor érdeklődésének felkeltésére választottuk e bevezető gondolatsorhoz Szinyei-Merse Pál Pacsirta című csodaszép festményét, melyen az ég kékje, a búzavirág színe és a tavacska kékeszöldje nemcsak háromféle külön névvel is illetett kék színt jelenít meg, hanem egyúttal háromféle fénytani jelenség eredménye is. 1.1. A fényről (Néhány fizikai jellemző, amely a későbbiek megértéséhez, követhetőségéhez feltétlenül szükséges) Mi a fény? tehetjük fel ezt az egyszerűnek tűnő, mégis mint kiderült a fizika fejlődése során meglehetősen nehéz kérdést. Ha megelégszünk a mindennapi életünkben is jól kezelhető és érthető megfogalmazással, akkor A fény olyan sugárzás, amely szemünkbe jutva közvetlenül kelt bennünk látási érzetet, vagyis a fény útján látjuk szemünkkel a bennünket környező világot (vö. Bernolák 1981: 11). Szaktudományi (fizikai) szempontból a válasz rövidebb, de magyarázatot igénylő: a fény természete kettős. Születésekor (pl. egy hagyományos izzólámpa bekapcsolásakor) és a halálakor (pl. elnyelődéskor) részecskeként viselkedő energiaadag, élete, terjedése és közegekkel való kölcsönhatása során viszont hullámtulajdonságokat mutat. Ekkor durva közelítésként egy gumikötélen v sebességgel tovaterjedő hullámmal szemléltethető, két nagyon lényeges különbséggel. Egyrészt a fényhullámban periodikusan változó elektromos és mágneses tér halad tova, másrészt nincs szükség hordozóközegre gondoljunk csak pl. a napsugárzásra, amely lényegében légüres téren át érkezik a Földre. A fény tovaterjedési sebessége (jele: c) igen nagy a ma ismert legnagyobb, jeladásra képes sebesség : 300 000 km s. (Érdekességként jegyezzük meg, hogy a Földtől átlagosan 150 millió km-re lévő Nap fénye több mint 8 percig van úton ezzel a sebességgel haladva, amíg hozzánk eljut.) A hullámjelenségek további fontos jellemzői a rezgésszám vagy frekvencia (jele: ν vagy f), a hullámhossz (jele: λ), a pillanatnyi kitérés, amit az y tengely mentén mérünk, és a maximális kitérés, az amplitúdó (A) (ld. 1. ábra). 1. ábra. A hullámok jellemzői Készítette: Melis János

Színek a fizikában 13 A rezgésszám (frekvencia) a másodpercenkénti teljes rezgések száma. (Az 1. ábrán az 1 és 2 helyzetek között egy teljes rezgés történik.) Mértékegysége az 1 rezgés = 1 Hertz (1 Hz). sec A gumiköteles analógiára gondolva hullámhosszon egy hullámhegy és egy hullámvölgy együttes hosszát értjük (ld. 1. ábra). Mivel távolság jellegű mennyiségről van szó, méterben vagy ennek tört részeiben mérjük (pl. 1 mm = 0,001 m = 10 3 m, 10 9 m = 1 nm). E három mennyiség közötti egyszerű kapcsolatot a c = ν λ = f λ összefüggés írja le. Ebből is látható, hogy a frekvencia és a hullámhossz fordítottan arányosak egymással, azaz minél nagyobb a frekvencia, annál kisebb a hullámhossz és fordítva. 1.2. A teljes elektromágneses színkép (Egy kis kitekintés) A fénytől csak hullámhosszukat, illetve frekvenciájukat tekintve különböznek a rádió- és TV-adásokat, a mobiltelefonos kommunikációt közvetítő, a bőrünk lebarnulását okozó vagy a hőérzetet keltő elektromágneses hullámok. Ha ezeket frekvenciájuk, illetve hullámhosszuk szerint sorrendbe rendezzük, az ún. teljes elektromágneses színképet kapjuk (2. ábra). Növekvő frekvencia (ν) 10 24 10 22 10 20 10 18 10 16 10 14 10 12 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 10 0 ν (Hz) λ sugarak 10-16 10-14 10-12 ultraröntgen infravörös ibolya mikrohullám FM AM hosszúhullámok (IR) (UV) rádióhullámok 10-10 10-8 10-6 10-4 10-2 10 0 10 2 10 4 10 6 10 8 Növekvő hullámhossz (λ) Látható tartomány λ (m) 400 500 600 700 Növekvő hullámhossz (λ) nm-ben 2. ábra. A teljes elektromágneses színkép (WWW2) Ennek csupán egy szűk tartománya (frekvenciáját tekintve a 10 14 10 15 Hz közötti, illetve hullámhossz alapján a 380 nm 760 nm közé eső) ingerli az emberi szemet. Ezt hívjuk látható fénynek. Mivel a határhullámhosszok, illetve határfrekvenciák aránya ebben az esetben 1:2, ezért mondhatjuk, hogy a látható fény a teljes elektromágneses színkép egy

14 Hadházy Tibor oktávját fogja át. (Megjegyzendő, hogy a látható tartományon túl az infravörös, az ultraibolya és a röntgensugarakat is magába foglaló, sokkal szélesebb intervallumot is szokták fény szóval illetni.) 1.3. A diszperzió (színszórás) (A tünemény betekintés a látható fény tartományába) Az elektromágneses színkép látható tartományának vizsgálatára Isaac Newton (1643 1727) végzett immár klasszikus kísérletet. Besötétített szobában egy résen át bejutó napfény útjába szöget bezáró síklapokkal határolt üveghasábot (prizma) helyezett. 3. ábra. A diszperzió jelensége (WWW3) A prizma mögött meglehetősen nagy távolságban elhelyezett ernyőn a vörös narancs sárga zöld kék lila (ibolya) színérzetet keltő színeket észlelte. A beeső napfény irányától legkisebb szöggel eltérve a vörös szín jelent meg, míg a legnagyobb eltéréssel a lila (ld. 3. ábra). A színek éles határvonal nélkül, színenként nem azonos intervallumokat elfoglalva követik egymást az ernyőn. A jelenséget diszperziónak (színszórásnak) nevezzük, az előállt színsort pedig optikai színképnek vagy spektrumnak hívjuk (spectre: tünemény). Az ernyőn feltűnő színek a spektrumszínek. Bár hasonló kísérletet kortársai is végeztek, Newton volt az, aki további kísérletekkel támasztotta alá a következőket: A fehér fény összetett. A spektrum úgy jön létre, hogy az eredetileg fehér fényt a prizma alkotóelemeire bontja szét. Ezeket egy lencsével összegyűjtve ismert fehér fényt kapunk. Ezek a színek homogének, azaz egyet kiválasztva a spektrumból és azt ismét prizmára ejtve az tovább nem bontható összetevőire. A spektrum egy-egy tartományát átlátszatlan tárggyal kitakarva s a megmaradt tartományt egy lencsével egyesítve keverékszíneket állíthatunk elő, pl. zöldet kitakarva a keverékszín vörös (vö. Simonyi 1978: 237).

Színek a fizikában 15 szín lila (ibolya) kék zöld sárga narancs vörös Hullámhossz (nm) 380 430 430 515 515 570 570 590 590 600 600 760 1. táblázat. A spektrumszínek főbb színtartományai nm-ben Az üvegprizmának az a sajátossága, hogy frekvencia, illetve hullámhossz szerint képes szétválogatni az összetett fényt, a fénytörés jelenségén alapul. Fénytörés lép fel minden olyan esetben, melynek során a fény egymást követően két különböző optikai sűrűségű közegen (pl. levegő üveg) halad keresztül. A két közegben ugyanis eltérő a fény haladási sebessége, és megváltozik a hullámhossz is. (A fény frekvenciája azonban ami a színt határozza meg változatlan.) Viszonyszámuk a törésmutató (jele: n): c levegő n = cüveg Az optikai törésmutató a két közegre jellemző, de értéke kismértékben függ a hullámhossztól, így mindig egy adott hullámhosszú homogén fényre van értelmezve. A levegőből üvegbe belépő összetett fény, melynek komponensei a levegőben lényegében azonos sebességgel haladnak, az üvegben az összetevők eltérő sebessége miatt az alkotóira bomlik. Ez a merőleges beeséstől eltekintve irányeltérést is jelent, amit az üvegprizma második törőfelülete csak tovább fokoz. A diszperzió (színszórás) tehát minden fénytörési jelenségnél fellép, amennyiben a beeső fény összetett. Ez a jelenség játszódik le pl. a szivárvány keletkezésekor is. Ennek során a Nap összetett fénye bomlik színeire a milliónyi vízcseppen megtörve, majd visszaverődve, s jut megfelelő szögfeltétel teljesülése esetén a megfigyelő szemébe (ld. 2. kép). 2. kép. A szivárvány keletkezése (WWW4) A diszperzión kívül azonban más típusú fénytani jelenségek is eredményezhetnek színeket, így pl. a fényinterferencia, a fényelhajlás, az összetett fény igen kis méretű részecskékkel, molekulákkal való kölcsönhatása (fényszóródás), az abszorpció (elnyelődés) stb. A továbbiakban röviden ezeket a jelenségeket tekintjük át.