A fény törése

Az új közeg határához érkező fény egy része behatol az új közegbe, és eközben általában megváltozik a terjedésének iránya. Ennek az irányváltozásnak az az oka, hogy a két közegben különböző a fény terjedési sebessége.
Ezt egy gondolatkísérlettel (és némi vízparton szerzett tapasztalattal) könnyedén beláthatjuk.

Képzeljük el a következőt: A tengerparti nyaraláskor egy gyerektársaság tagjai tízen sorbaállnak, és megfogva egymás kezét, láncot alkotva szaladgálnak. (Mindenki a sor irányára merőlegesen szalad, és a sebességük is azonos.) Egyszer csak, egy kissé távolabb meglátják egyik barátjukat egy csónakban a tengeren. Elhatározzák, hogy eljutnak hozzá, a tengerparton és a sekély vízben futva, majd (persze akkor már elengedve egymás kezét) úszva.
Amíg a parton futnak, a sebességük c₁=5 m/s, a vízben azonban sokkal nehezebb futni is és úszni is, a vízben a sebességük ezért c₂=1m/s-ra csökken.
Ha a partra nem merőlegesen futnak, a legszélső gyerek (A) hamarabb éri el a vizet, az ő sebessége ezért lecsökken (1. eset). Amíg ő a vízben egy métert tesz meg, a parton futók még öt métert haladnak. Amíg a lánc másik szélén futó gyerek el nem éri a vizet, a gyerekek vonala megtörik (2.eset), majd amikor B is a vízbe ér, újra egyenes lesz (3. eset), de kisebb szöget zár be a partvonallal, mint az 1. esetben.

Hasonlítsuk össze az 1. és a 3. ábrát! Az azokon szereplő ABB' háromszög BB' oldala c₁t, a BA'A háromszög AA' oldala pedig c₂t, ahol t az első és az utolsó gyerek vízbe érése között eltelt idő, az ezekkel az oldalakkal szemközti szögeket pedig jelöljük a -val, illetve b -val!

Ekkor:
,
, tehát a
Snellius-Descartes törvény:

ÁBRA: A törés értelmezése a Huygens-Fresnel elv alapján a), b), c).

Mivel a gyerekek vonala a fény hullámfrontjának felel meg, sebességük a hullám terjedési sebességének, ha a hullámfrontok helyett a rájuk merőleges beeső és megtört fénysugarakat, és a beesési merőlegest rajzoljuk meg, az előbbi szögekre merőleges szárú szögeket kapunk, vagyis az egyenlet nem változik. Azzal a kiegészítéssel, hogy a beeső fénysugár, a beesési merőleges és a megtört fénysugár egy síkba esik (azaz a gyerekek a víz felszínén úsznak és remélhetőleg nem süllyednek el), ezzel tulajdonképpen a törés törvényéhez jutottunk.

Amint láttuk, a fénysugár megtörése, vagyis a terjedési irányának megváltozása a két közegben mérhető terjedési sebességek különbözőségének következménye. A fény esetén a terjedési sebesség megváltozását az okozza, hogy a fény kölcsönhatásba lép a közeg anyagával. Két anyag közül azt, amelyikben a fény terjedési sebessége kisebb, optikailag sűrűbbnek, a másikat optikailag ritkábbnak nevezzük. A legritkább közeg nyilvánvalóan a vákuum. A közegeket az úgynevezett törésmutatóval is jellemezhetjük, a közeg abszolút törésmutatója a fény vákuumbeli és adott közegben mért sebességének hányadosa, vagyis 1-nél mindig nagyobb szám. (A vákuum törésmutatója 1, a levegőé 1,000292.)

Értelmezhetjük a két közeg relatív törésmutatóját is, a második közegnek az elsőre vonatkozó törésmutatója a terjedési sebességekkel illetve az abszolút törésmutatókkal kifejezve:

2.3.2. A teljes visszaverődés

Ha a fény optikailag sűrűbb közegből halad a ritkább felé, a törési szög a beesési szögnél nagyobb érték lesz. Ezért ha a beesési szöget növeljük, elérhetünk egy olyan beesési szög értéket (amit a _hhatárszögnek nevezünk), amelyhez 90^o-os törési szög tartozik, azaz a fény már nem lép be az új közegbe, hanem a határfelületen halad tovább. Ha ennél is nagyobb beesési szöget veszünk, a fény a határfelületről a visszaverődés törvényének megfelelően visszaverődik. Mivel ilyenkor egyáltalán nem lép az új közegbe a fény, a jelenséget teljes visszaverődésnek (totális reflexió) nevezzük.

Az 5. és 6. fénysugár a határszögnél nagyobb szögben esik a határfelületre, és teljes visszaverődést szenved.

Ha a vízfelszín alól figyeljük ezt a jelenséget, azt látjuk, hogy a sima vízfelület tükörként működik. A víz alól egy pontból felfelé nézve a határszöghöz tartozó sugarak egy kúpfelületet alkotnak. A kúpon belül esnek azok a sugarak, amelyek a teljes vízfelszín fölé eső térrészből léptek be a vízbe, ezeket alulról nézve egy fényes kört látunk. A kúpon kívül eső irányokban a felszíni visszatükröződéseket láthatjuk.

Ezek a tükörképek is a teljes visszaverődés miatt alakulnak ki

[ A fény ] [ A fény terjedése ] [ A kép ] [ A fényérzékelés ] [ A látás mechanizmusa ] [ A megtévesztett szem ] [ Vizualitás és kultúra ]
[ Főmenü ] [ Tartalomjegyzék ]

	A fénytörés jelenségei és alkalmazásai
	A lencsék
	A polarizáció
	Vissza a lap tetejére
	Vissza az előző oldalra