A fény
Történeti áttekintés Arkhimédész tükrök segítségével gyújtotta fel a római hajókat. A fény hullámtermészetét Cristian Huygens holland fizikus alapozta meg a 17. században. A fénysebességet először Olaf Römer mérte meg. A méréshez a Jupiter egyik holdját használta fel.
Fizeau (1819-1896 ) francia fizikus megméri földi körülmények között a fénysebességet, amely c=299 792 458 m/s Einstein speciális relativitáselmélete szerint ez a természetben elérhető legnagyobb sebesség.
A fény visszaverődése és törése Ha a fénysugár egyik közegből egy másik közegbe ér, akkor egy része visszaverődik, másik része megtörik. Hogy a teljes fénysugár hány százaléka törik meg, és hány százaléka verődik vissza, az a közegek anyagi minőségétől, színétől, a felülettől is függ. Abszolút fekete testnek az tekinthető, amely a ráeső fénysugarakat teljes mértékben elnyeli. Ez valójában nem valósítható meg.
A fényvisszaverődés törvénye A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a visszavert fénysugár közös síkban van. A beesési szög megegyezik a visszaverődési szöggel.
Snellius- Descartes törvény ( 17. század ) A beeső fénysugár, a beesési merőleges, és a megtört fénysugár egy síkban vannak. A határfelületre merőlegesen érkező fénysugár irányváltozás nélkül halad tovább.
A határfelületre nem merőlegesen érkező fénysugár esetén a beesési szög szinusza és a törési szög szinusza egyenesen arányos, a kettő hányadosa a két közegre jellemző állandó. sin sin α = n v1 2, 1 n 2,1 = β v 2
Az n 2,1 állandó a második közegnek az első közegre vonatkoztatott törésmutatója. A vákuumhoz vonatkoztatott törésmutatót abszolút törésmutatónak mondjuk. Jele:n A fény sebessége különböző közegekben más és más, a frekvenciája viszont állandó. Így különböző közegben a fény hullámhossza is különbözik.
Színkép A fehér fény összetett, több szín keveréke. Ha fehér fényt prizmán keresztül bocsátunk, a fehér fényt a prizma színeire bontja. A törésmutató ugyanis függ a fény hullámhosszától is. Különböző színű fényeknek különböző a hullámhossza, így más és más lesz rájuk nézve a prizma törésmutatója.
Lézer A lézer monokromatikus ( egy, közel azonos hullámhosszúságú fényből álló ) fénysugár, így prizmán keresztülbocsátva nem keletkeznek színképek.
Színkép Vörös, narancs, sárga, zöld, kék, ibolya
Modell A fizikában gyakran alkalmazunk modelleket, amelyek a természeti folyamatok bonyolult rendszerének egyszerűsített, áttekinthető, matematikailag leírható idealizált mása. Helyesen szemlélteti a rendszer sajátosságait, de sohasem tökéletes.
Geometriai optika Modell, amely eltekint a fény hullámtermészetétől, a fény terjedését egyenesekkel reprezentálja, a fényforrást ponttal jelöli, a fénysugár útját megfordíthatónak vesszük. A geometriai szerkesztéssel határozzuk meg a a képet.
A geometriai optika elemei Fényforrás Tárgy Kép, amely lehet valódi, ebben az esetben ernyőn felfogható, virtuális, vagy látszólagos, amikor az egyébként széttartó fénysugarak meghosszabbítása - például egy tükör mögött- egy pontban találkozik, és a szem képes érzékelni ezt a pontot.ilyenkor a képtávolság mindig negatív.
A tükör nem boszorkányság
Tükrök és lencsék Síktükör Gömbtükrök: Homorú tükör Domború tükör Tükrökből álló rendszerek Vékonylencsék Domború lencse Homorú lencse Egyik oldalon domború, másik oldalon homorú lencsék Vastaglencsék Lencserendszerek Mikroszkóp Távcső
Prizmák Különösen a földmérésnél használt műszerekben különös fontosságú, nélkülözhetetlen eszközök a szögprizmák.
Optikai rendszerek Elemi eszközökből, tükrökből, lencsékből, prizmákból épített bonyolult optikai rendszerek, amelyek széleskörűen alkalmazottak a gyógyászatban, csillagászatban, földmérésben,.
Síktükör képalkotása
Homorú tükör képalkotása 1. Az optikai tengellyel párhuzamosan haladó fénysugár a fókuszponton keresztül verődik vissza. 2. A fókuszponton keresztül haladó fénysugár az optikai tengellyel párhuzamosan keresztül verődik vissza.
3. A geometriai középponton átmenő fénysugár önmagában verődik vissza. 4. Az optikai középpontba érkező sugár visszaverődés után a főtengellyel ugyanazt a szöget zárja be.
A domború tükör képalkotása A tengellyel párhuzamos sugarak visszaverődés után széttartóak, úgy mintha a tükör mögötti fókuszpontból indultak volna. A domború tükör fókusztávolsága negatív. A kép mindig látszólagos, egyenes állású és kicsinyített.
Tükrök leképezési törvénye 1 f = 1 k + 1 t
Tükrök nagyítása k N = = t K T Ha a nagyítás pozitív, akkor a kép valódi. Ha a nagyítás negatív, akkor a kép látszólagos, mert látszólagos kép a tükör mögött keletkezik, így a képtávolság mindig negatív.
A vékony lencsék típusai
Vékony lencsék leképezési törvényei 1 f = 1 1 ( n 1) + R R 1 2 1 = 1 + 1 k N = = K f k t t T
Gyűjtőlencse sugármenetei
Gyűjtőlencse képalkotása
Szórólencse sugármenetei
Összetett lencsék Két egymástól d távolságra lévő vékony lencse fókusztávolsága: f = f 1 f 2 f 1 + f 2 d
Vastag lencsék D a lencse vastagsága A két sík-domború lencse között n törésmutatójú anyag van. ( ) + = 2 1 2 1 1 1 1 1 1 R R D n n R R n f
Lencsehibák Közepes diszperzió A törésmutató nem állandó érték, függ a fény színétől. A lencsék fókusztávolsága nem egy pontosan meghatározott érték. Gömbi eltérés vagy nyíláshiba ( szférikus abberáció) A lencse szélső zónáján áthaladó fénysugarak a tengelyt előbb metszik, mint a középső zónán áthaladók.az egyes lencsezónáknak különböző a fókusztávolsága.
Színi eltérés Nem monokromatikus fény esetén lép fel. A törésmutató függ a fény frekvenciájától, ezért különböző fényekre más-más lesz törésmutató, így más-más lesz a fókusztávolság is. Vörös fényre van a legmesszebb, ibolya fényre van a legközelebb a fókuszpont. Megoldás: ragasztott lencse
Asztigmatizmus Tengelytől távol eső képpont esetén a lencse középső zónájának a leképezési hibája. A kép nem pontszerű, ellipszis keresztmetszetű.
Kóma A tengelytől távol eső képpontnak a lencse szélső zónája által történő leképezéskor keletkezik. Ha az asztigmatizmus és a kóma együtt jelentkezik, akkor a képpont elmosódott lesz. A pont legfényesebb részét üstökösszerű csóva veszi körül.
Torzítás A vetítés nem centrális A torzítás lehet párna, vagy hordó alakú A lencsehibák egy része javítható rekeszeléssel (Petzval József)
Fényerő A lencsékre jellemző számszerű érték az átmérő és a gyújtótávolság aránya, amelyet relatív nyílásnak hívunk. D R = R =1: f f D
Összetett optikai rendszerek Mikroszkóp Tárgy felöli lencse: objektív A szem felöli lencse: okulár Optikai tubushossz: a két lencse belső gyújtópontjainak a távolsága
Távcső A távcső távoli tárgyak látószögének a nagyítására szolgál. Kepler-féle távcső két gyűjtőlencséből áll.
Galilei-féle távcső Földi tárgyak megfigyelésére szolgál, mert a végső kép egyenes állású
Newton-féle tükrös távcső A tükrös távcsövek optikai elemeit gömbtükrök alkotják. Főként csillagászati megfigyelésekre használják.
Földi távcső