Optika

Éder Ottó, 09/06/2024

A mindenki számára hozzáférhető 6+1 kötet (Mechanika, Folyadékok és gázok mechanikája, Hőtan és molekuláris fizika, Elektromos és mágneses jelenségek, Optika, Atomfizika és a plusz: Fiz. mennyiségek, mértékegységek, logika) megpróbálja felölelni a közoktatás fizikatanításában kötelezően, vagy emelt szinten érintett területeket. A kötetek tananyagai általában tartalmaznak, a GeoGebra alkalmazásokon kívül, útmutatót, kapcsolódó feladatokat, esetleg felhasználható háttérismereteket és videók vagy más szimulációk linkjeit. A GeoGebra alkalmazások különböző szintű fizikai jelenségek, kísérletek interaktív szimulációi, vagy ritkábban virtuális mérések, amelyek nagyon is valódi és pontos számításokat igényelnek. Kivételesen a leckék közé beemeltem más platformok hiánypótló teljes tananyagát. Az összegyűjtött tananyagok gerincét a Geomatech projektben részbem általam kidolgozott anyagok képezik (a saját alkalmazásaimat szignáltam - ÉO). A GeoGebra alkalmazásokat javítottam, esetleg továbbfejlesztettem. Általában javítva, kiegészítve, esetleg magyarra fordítva vettem át más fejlesztők anyagait, megtatva az eredeti kidolgozók nevét is. A karbantartást (a GeoGebra platform elég gyakori apró változásai miatt is) és a fejlesztést továbbra is, lehetőségeimhez mérten igyekszem elvégezni. Ezért is örömmel fogadok minden jószándékú észrevételt, figyelmeztetést, javaslatot a ederotto@yahoo.co.uk címen!

Índice

  1. Geometriai optika
    1. Fényforrás a víz alatt másolata
    2. Fénytörés változó anyagpárok esetén másolata
    3. Teljes visszaverődés
    4. Fénytörés síkpárhuzamos lemezen
    5. Sugármenetek prizmában másolata
    6. Sugármenetek nagy törésmutatójú prizmában másolata
    7. Sugármenetek kis törésmutatójú (levegő) prizmában
    8. A prizmán áthaladó fénysugár elhajlása
    9. Képfordító prizma – Alapállás
    10. Képfordító prizma – Merőleges állás másolata
    11. A totálreflexiós prizma másolata
    12. Fénytörés a vízcseppben – Szivárvány másolata
    13. A száloptika alapjai másolata
    14. Síktükör – Változó fényforrás
    15. A síktükör képalkotása – Tükörméret másolata
    16. Periszkóp másolata
    17. A szögtükör képalkotása másolata
    18. Domború tükör – Változó fényforrás
    19. A gömbtükrök képalkotása, sugármenetek
    20. A domború tükör képalkotása
    21. A domború tükör képszerkesztése
    22. A karácsonyfadíszek optikája – Reflexió gömbön
    23. Homorú tükör – Változó fényforrás
    24. A homorú tükör képalkotása, nevezetes sugármenetek
    25. A homorú tükör képszerkesztése
    26. A jegygyűrű optikája
    27. A parabolatükör
    28. A parabolatükör katakausztikája
    29. Az autófényszoró működése
    30. Sugárnyalábok áthaladása vékony lencsén
    31. Lencseválogatás
    32. Lencse fókuszfoltjának szemléltetése
    33. Mindig gyűjtőlencse a domború lencse? – Törőképesség vizsgálata másolata
    34. Leképezés pontonként másolata
    35. A gyűjtőlencse képalkotása, nevezetes sugármenetek
    36. A szórólencse képalkotása, nevezetes sugármenetek
    37. Képszerkesztés vékony lencsék esetén
    38. A macskaszem optikája
    39. A macskaszem optikája – Visszatükröződés
    40. A nagyító működése másolata
    41. Szerkesszünk mikroszkópot!
    42. Szerkesszünk távcsövet!
    43. Építsünk távcsövet (mikroszkópot)!
    44. Kepler távcső
    45. A szem akkomodálása
    46. „Láss, ne csak nézz!” – A szemlencse változó alakja másolata
    47. „Láss, ne csak nézz!” – Autofókusz másolata
    48. „Láss, ne csak nézz!” – Periférikus látás másolata
    49. „Láss, ne csak nézz!” – A tér síkba történő leképezése másolata
    50. Színkeverés
    51. Phénakitiscope másolata
  2. Hullámoptika
    1. A fénysebesség mérése Olaf Römer módszerével másolata
    2. Hullám áthaladása közegen másolata
    3. A látható fény spektruma
    4. Interferencia vékony rétegen
    5. Interferencia kettős résen másolata
    6. A fény polarizációja
    7. A varázslatos harmadik polárszűrő 1.
    8. A varázslatos harmadik polárszűrő 2.
    9. Poláros fény vizsgálata polárszűrővel
    10. A hőmérsékleti sugárzás spektruma másolata

1.

Geometriai optika

  • 1. Fényforrás a víz alatt másolata
  • 2. Fénytörés változó anyagpárok esetén másolata
  • 3. Teljes visszaverődés
  • 4. Fénytörés síkpárhuzamos lemezen
  • 5. Sugármenetek prizmában másolata
  • 6. Sugármenetek nagy törésmutatójú prizmában másolata
  • 7. Sugármenetek kis törésmutatójú (levegő) prizmában
  • 8. A prizmán áthaladó fénysugár elhajlása
  • 9. Képfordító prizma – Alapállás
  • 10. Képfordító prizma – Merőleges állás másolata
  • 11. A totálreflexiós prizma másolata
  • 12. Fénytörés a vízcseppben – Szivárvány másolata
  • 13. A száloptika alapjai másolata
  • 14. Síktükör – Változó fényforrás
  • 15. A síktükör képalkotása – Tükörméret másolata
  • 16. Periszkóp másolata
  • 17. A szögtükör képalkotása másolata
  • 18. Domború tükör – Változó fényforrás
  • 19. A gömbtükrök képalkotása, sugármenetek
  • 20. A domború tükör képalkotása
  • 21. A domború tükör képszerkesztése
  • 22. A karácsonyfadíszek optikája – Reflexió gömbön
  • 23. Homorú tükör – Változó fényforrás
  • 24. A homorú tükör képalkotása, nevezetes sugármenetek
  • 25. A homorú tükör képszerkesztése
  • 26. A jegygyűrű optikája
  • 27. A parabolatükör
  • 28. A parabolatükör katakausztikája
  • 29. Az autófényszoró működése
  • 30. Sugárnyalábok áthaladása vékony lencsén
  • 31. Lencseválogatás
  • 32. Lencse fókuszfoltjának szemléltetése
  • 33. Mindig gyűjtőlencse a domború lencse? – Törőképesség vizsgálata másolata
  • 34. Leképezés pontonként másolata
  • 35. A gyűjtőlencse képalkotása, nevezetes sugármenetek
  • 36. A szórólencse képalkotása, nevezetes sugármenetek
  • 37. Képszerkesztés vékony lencsék esetén
  • 38. A macskaszem optikája
  • 39. A macskaszem optikája – Visszatükröződés
  • 40. A nagyító működése másolata
  • 41. Szerkesszünk mikroszkópot!
  • 42. Szerkesszünk távcsövet!
  • 43. Építsünk távcsövet (mikroszkópot)!
  • 44. Kepler távcső
  • 45. A szem akkomodálása
  • 46. „Láss, ne csak nézz!” – A szemlencse változó alakja másolata
  • 47. „Láss, ne csak nézz!” – Autofókusz másolata
  • 48. „Láss, ne csak nézz!” – Periférikus látás másolata
  • 49. „Láss, ne csak nézz!” – A tér síkba történő leképezése másolata
  • 50. Színkeverés
  • 51. Phénakitiscope másolata

1.1.

Fényforrás a víz alatt másolata

Segíts a medvének! Hogyan gondolkozzon, hogy meg tudja fogni a kiszemelt halat? 
1. feladat
Figyeld meg a víz alatt elhelyezkedő fényforrásból kilépő sugarakat! [br]Hol látja a medve a halat? 
2. feladat
Hogyan befolyásolja a keletkezett kép helyzetét, hogy milyen irányból látjuk?[br]Mozgasd a fényforrás irányát a csúszka segítségével, és figyeld meg, hol látod a[br]fényforrást! 
3. feladat
Változtasd a közeg törésmutatóját! Figyeld meg, hogyan változik a kép helyzete!
4. feladat
Számítsd ki, milyen mélynek látjuk az 1,2 m mély medencét, ha a szemünkbe érkező[br]fénysugarak törési szöge 30°, illetve 60°?[br]A víz abszolút törésmutatója [math]\frac{4}{3}[/math].
5. feladat
Egy vízzel telt medence alján 50 cm mélységben pontszerű fényforrás helyezkedik el.[br]Számold ki, mekkora a vízfelszínen megjelenő fénykör sugara![br]A víz abszolút törésmutatója [math]\frac{4}{3}[/math].
– Gulyás Erzsi, Valentné Albert Éva, Éder Ottó, Geomatech

1.2.

–

1.3.

–

1.4.

–

1.5.

–

1.6.

–

1.7.

–

1.8.

–

1.9.

–

1.10.

–

1.11.

–

1.12.

–

1.13.

–

1.14.

–

1.15.

–

1.16.

–

1.17.

–

1.18.

–

1.19.

–

1.20.

–

1.21.

–

1.22.

–

1.23.

–

1.24.

–

1.25.

–

1.26.

–

1.27.

–

1.28.

–

1.29.

–

1.30.

–

1.31.

–

1.32.

–

1.33.

–

1.34.

–

1.35.

–

1.36.

–

1.37.

–

1.38.

–

1.39.

–

1.40.

–

1.41.

–

1.42.

–

1.43.

–

1.44.

–

1.45.

–

1.46.

–

1.47.

–

1.48.

–

1.49.

–

1.50.

–

1.51.

–

2.

Hullámoptika

  • 1. A fénysebesség mérése Olaf Römer módszerével másolata
  • 2. Hullám áthaladása közegen másolata
  • 3. A látható fény spektruma
  • 4. Interferencia vékony rétegen
  • 5. Interferencia kettős résen másolata
  • 6. A fény polarizációja
  • 7. A varázslatos harmadik polárszűrő 1.
  • 8. A varázslatos harmadik polárszűrő 2.
  • 9. Poláros fény vizsgálata polárszűrővel
  • 10. A hőmérsékleti sugárzás spektruma másolata

2.1.

A fénysebesség mérése Olaf Römer módszerével másolata

[justify][size=100]Már Galilei szerette volna megmérni a fény terjedési sebességét, de módszere olyan primitív volt, hogy az értéke nagyságrendekkel eltért a valós értéktől. Közeli, belátható hegyek csúcsain megfigyelőket állított. Feladatuk az volt, hogy a szomszédos megfigyelőtől érkező jelet továbbítsák. Ezek reakcióideje a terjedéshez szükséges időhöz képest többszörös volt, így nagyságrendekkel eltért a mért terjedési sebesség a valós értéktől. Römer, dán csillagász módszere az első, nagyságrendileg helyes eredményt adta a fontos állandóra.[/size] [/justify]
Mit látunk az interaktív alkalmazáson?
[justify]A színes körök egy-egy bolygót jelképeznek: középen a Nap, majd a Föld, végül a Jupiter és mellette a holdja, az Ió. A bolygók mérete, valamint a Jupiter-Ió távolság nem méretarányos, de a Nap-Föld és Nap-Jupiter pályasugarak aránya helyes. A Föld pályáján egy halvány kör jelöli a pálya Jupiterhez legközelebb eső pontját. Amikor az Ió kikerül a Jupiter árnyékából, egy világosbarna kör jelöli a holdról visszaverődő első fénysugarak helyzetét.[br]Amíg a fényjel és a Föld érintkeznek, a bolygó fehér színűre vált, és ugyanez igaz a halvány körre is.[br]A bal oldalon egy stopperóra található az időkülönbség mérésére.[/justify]
1. feladat
[justify]Becsüld meg, mennyi idő szükséges ahhoz, hogy az Ió befussa a Jupiter körüli pályáját![br][br]a) A gyors animációt használva a fényjel elindulásakor indítsd el az időmérést![br][br]b) Némi várakozás után a hold megint „felkel”. Ekkor állítsd le az időmérést! Olvasd le a két felkelés közben eltelt időt! [/justify]
A nagy gondolat
[justify]Figyeljétek meg azt a nagyszerű felismerést, hogy fél év elteltével a hold felkeltének jele azért késett, mert a fénynek a földpálya átmérőjének befutásához annyi idő kellett, amennyivel a fényjel a vártnál később érkezett meg! Látható, hogy a Föld a vizsgált szituációban a Jupiterhez közeli állapotból a távolabbi állapotba került át.[/justify]
2. feladat
[justify]A következő részfeladatokat elvégezve meghatározhatod a fény terjedési sebességét nagyjából úgy, ahogyan Römer tette. A sebesség megadásához ki kell derítened, mennyi többletidő szükséges, hogy a fény átjusson a földpálya egyik pontjából az átellenes pontba, valamint azt, hogy mekkora többletutat fut be ekkor a fény![/justify]
2.1. feladat
[justify]a) Határozd meg, hogy körülbelül mennyi idő kell ahhoz, hogy a fényjel az Iótól a Földre jusson! Először a két bolygó közeli helyzetében mérd meg a fényjel megérkezéséhez szükséges időt![/justify][br][br][justify]b) Ugorj előre egy fél évet, és határozd meg, mennyi idő alatt jutott a fény az Iótól a Földig![/justify][br][br]c) Mekkora a két helyzet eléréséhez szükséges időkülönbség?
2.2. feladat
[justify]Olvasd le, hogy mennyivel több utat kell megtenni a fénynek a két helyzet között! A „Távolságok mutatása” gomb kiválasztása segít![/justify]
2.3. feladat
[size=100]A kapott adatokból számold ki, mekkora a fény terjedési sebessége![/size]
Kapcsolódó érdekességek
[justify]Olaf Römer abban a korban élt, amikor a Magyar Királyság még azért küzdött, hogy államiságát, függetlenségét visszaállítsa. Ezzel szemben a Dán Királyság, bár harcolt a svédekkel vagy az angolokkal, de államként több száz éve háborítatlanul fejlődött. A dán királyok tudósaikat támogatták, Tycho Brahe több éven keresztül Hven szigetén működtette obszervatóriumát, hála az uralkodó hathatós támogatásának. Egy-egy vesztes háború itt is a tudomány finanszírozását csökkentette, ezért került Brahe Prágába, és vette maga mellé segédként Keplert.[/justify]
Ismeretbővítés
[list][*][size=100]Járj utána Olaf Römer munkásságának![br][/size][/*][*][size=100]Vizsgáld meg, hogyan lehet pontosítani a fénysebesség mérését![br][/size][/*][*][size=100]Értelmezd Bradley és Fizeau módszerét![br][/size][/*][/list]
– Éder Ottó, geomatech_sandor_csanyi, Istvan Muskovits

2.2.

–

2.3.

–

2.4.

–

2.5.

–

2.6.

–

2.7.

–

2.8.

–

2.9.

–

2.10.

–

Informação