Fényvisszaverődés

A fényvisszaverődés (reflexió) egy optikai jelenség. Ha a fény két eltérő optikai sűrűségű közeg határára érkezik, akkor egy része visszaverődik, másik része pedig belép az új közegbe. Az új közegben haladó fénysugár általában megtörik.

Ha a fényvisszaverődés egy kellően sima[1] felületről történik, akkor a visszaverődést szabályos fényvisszaverődésnek nevezzük. Az alábbi törvények a szabályos fényvisszaverődésre vonatkoznak.

A fényvisszaverődés törvényeinekmegfogalmazásához szükséges fogalmak:-Beesési pontnak nevezzük a két közeg határfelületén azt apontot, ahova a (vizsgált) fénysugár beérkezik.-Beesési merőlegesnek nevezzük a beesési pontonátmenő, két közeg határfelületére merőleges egyenest.-Beesési szögnek hívjuk a beeső fénysugár és a beesésimerőleges közti szöget.-Visszaverődési szögnek nevezzük a visszaverődő fénysugárés a beesési merőleges közti szöget.

A fényvisszaverődés törvényeiEukleidész, i. e. 300 k

-A beeső fénysugár, a beesési merőleges és avisszavert fénysugár azonos síkban van.-A beesési szög (α) és a visszaverődési szög (α')ugyanakkora. Képlettel felírva: α = α'.

A fényvisszaverődés törvényeinekkövetkezményei:-A határfelületre merőlegesen beeső fénysugárönmagába verődik vissza.-A sík visszaverő felületre egymássalpárhuzamosan beeső fénysugarak egymássalpárhuzamosan verődnek vissza.

Szórt (diffúz) fényvisszaverődésHa a fényvisszaverő felület érdes, akkor a szórt

(diffúz) visszaverődés jön létre. A diffúz visszaverődés miatt látjuk a (saját fénnyel nem rendelkező, de megvilágított) tárgyakat gyakorlatilag minden irányból.

Fényképek a visszaverődésrőlPárhuzamos fénynyaláb visszaverődése sík felületről

Párhuzamos fénysugarak visszaverődése sík felületről.

FénytörésA fénytörés (refrakció) egy optikai jelenség.

Ha a fény két eltérő optikai sűrűségű közeg határára érkezik, akkor egy része visszaverődik, másik része pedig belép az új közegbe. Az új közegben haladó fénysugár általában megtörik

A fénytörés törvényei

Állítsunk merőlegest a két közeg határára abban a pontban, ahova a fénysugár érkezik! Ez az egyenes a beesési merőleges. A felületre érkező fénysugár és a beesési merőleges által bezárt szög a beesési szög (α), a megtört fénysugár és a beesési merőleges közti szög a törési szög (β).

A fénytörés törvényei a következők:-A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a megtörtfénysugár egy síkban van.-A merőlegesen beeső fénysugár nem törik meg.-A beesési szög szinuszának és a törési szög

szinuszánakhányadosa a két közegre jellemző állandó. (SnelliusDescartes-törvény, 1621 és 1629)[1] A Snellius–Desca

Sini/sinr=állandó

A törésmutatóA Snellius-Descartes-törvényben szereplő

állandót a második közegnek az első közegre vonatkozó törésmutatójának nevezzük. és n21-gyel jelöljük. (Egyértelmű esetekben gyakran csak a törésmutató kifejezést használjuk.) Képlettel felírva:

Egy anyag vákuumra vonatkozó törésmutatóját az adott anyag abszolút törésmutatójának nevezzük, és n-nel jelöljük.

A fénytörés néhány következménye

Ha egy ceruzát félig vízbe mártunk: felülről nézve úgy tűnik, mintha a ceruza a levegő és a víz határán megtört volna. A tárgyak egy-egy pontját ott látjuk, ahol a róluk kiinduló, és a szemünkbe jutó fénysugarak visszafelé történő meghosszabbításai metszik egymást. Amikor a ceruzát vízbe mártjuk, a róla kiinduló fénysugarak a víz és a levegő határán megtörnek. Emiatt úgy látjuk, mintha a ceruza vége máshol lenne, mint amikor még üres volt a pohár.

Üres pohárban Vízzel teli pohárbanCeruza a vízben

Teljes fényvisszaverődésA teljes fényvisszaverődés (totálreflexió) egy

optikai jelenség. Ha a fény egy optikailag sűrűbb közegből egy optikailag ritkább közeg határához érkezik, továbbá a beesési szög elég nagy, akkor a teljes fénymennyiség visszaverődik a határfelületről.

FelfedezéseA teljes fényvisszaverődést Vitello fedezte fel a 13.

században. A fénytörés alapján 1611-ben Johannes Kepler adott magyarázatot a jelenségre. A határszög és a törésmutató közti összefüggést 1802-ben William Hyde Wollaston ismerte fel.

Gyakorlati alkalmazásaiMivel a legjobb minőségű tükrök is csak a fény 95

százalékát verik vissza, egyes optikai eszközökben a tükrök

helyett a teljes fényvisszaverődést használják a fény irányának

megváltoztatására. Ilyen alkalmazások például:-Visszatükrözés (retroreflexió) megvalósítása-Képfordító prizma.-Refraktométerek egyes típusai.-Optikai szál.

PrizmaA prizma olyan átlátszó anyagból készült test, melynek

optikai sűrűsége eltér a környezet optikai sűrűségétől. Emiatta fény terjedési sebessége a prizmába lépve megváltozik, és afénynyaláb megtörik. A fénysugár a prizmában tovább halad,majd az újabb határfelülethez érve ismét megtörik. Azegyszerű prizmára eső fénysugár tehát általában kétszer törikmeg: a prizmához érve és a kilépéskor.

Fajtái Egyszerű prizma

A gyakorlatban leggyakrabban használt prizmákháromélű üveghasábok, amelyeknek a keresztmetszeteegyenlő szárú háromszög. A fénysugár eltérülésének

mértékefügg a prizma anyagának a környezetére vonatkoztatotttörésmutatójától , a fény beesési szögétől , és a prizmatörőszögétől , vagyis az egyenlő szárú háromszögcsúcsszögétől.

Egyeneslátású vagy Amici-prizma Az egyeneslátású prizma 3 vagy 5 különböző

diszperziójú, egyszerű prizmából vanösszeragasztva. Úgy bontja színeire a ráesőnyalábot, hogy a középső (sárga) tartományirányváltozás nélkül halad tovább.

Képfordító vagy derékszögű prizma Az egyszerű prizma egy speciális változata, a törőszöge 90˚-os. A prizma belsejében az üveg és a levegő határfelületére 45°-kal beeső fénysugár teljes visszaverődést szenved, így ez a prizma 90°-kall, illetve 180°-kal téríti el a fénysugarakat. Gyakran alkalmazzák tükrök helyett (pl. Lencsés távcsövek).

Optikai szálAz optikai szál egy igen tiszta, néhány tíz

mikrométer átmérőjű üvegszálból és az ezt körülvevő, kisebb optikai törésmutatójú héjból álló vezeték. Működési elve a fénysugár teljes visszaverődésén alapul: A fénykábel egyik végén belépő fényimpulzus a vezeték teljes hosszán teljes visszaverődést szenved, így a vezeték hajlítása esetén is – minimális energiaveszteséggel – a szál másik végén fog kilépni.

DélibábA délibáb (vagy fata morgana) egy légköri

fényvisszaverődési jelenség.Főleg sík területeken, meleg időben fellépő

légtükröződési jelenség, ami a távolságuk miatt egyébként nem látható tárgyakat láthatóvá teszi, amint a látóhatáron lebegnek, megkettőződnek; vagy fordított állásban látszanak az egyébként is látható tárgyak.

Köszönöm a figyelmet!

Készítette: Reszler Kristof