Szivárvány létrehozása. Ha szivárványt akarunk létrehozni, arra a következő házilag készíthető eszköz alkalmas: egy kis edénybe egy zsebtükröt teszünk egy kavics segítségével ferdén feltámasztva. Ezután az edénybe vizet töltünk úgy, hogy a zsebtükör nagyobb részét ellepje a víz. Ha a Napból érkező fehér fény a víz felszínén megtörve a zsebtükörre esik, akkor onnan visszaverődve és ismét megtörve elhagyja a vízfelszínt, és a kilépő fény a szivárvány színeire bomlik.
a) Ismertesse a fénytörés jelenségét az azt leíró optikai fogalmak segítségével! Értelmezze ezeket a fogalmakat, és írja fel a törési törvényt!
a) A fénytörés jelenségének ismertetése, a törési törvény felírása és a kapcsolódó fogalmak értelmezése:
7 pont
(bontható)
A fénysugarak két átlátszó közeg határán áthaladva irányt változtatnak, megtörnek (2 pont).
Az irányváltás mértékét a második közeg elsőre vonatkoztatott törésmutatója (1 pont) határozza meg:
$$n=\frac{\sin{\alpha }}{\sin{\beta }}$$
(1 pont) szerint.
A beesési merőleges a közeghatár síkjára merőleges egyenes (1 pont),
α a beeső fénysugár és a beesési merőleges által bezárt szög (1 pont),
$\beta $ a megtört fénysugár és a beesési merőleges által bezárt szög (1 pont).
(A beesési merőleges, illetve α és $\beta $ értelmezésére megfelelő ábra is elfogadható.)
b) Rajzoljon be legalább két szétváló sugármenetet a fent megadott vázlatba, a beeső fénysugártól az ernyőig!
b) Két eltérő (széttartó) sugármenet berajzolása:
9 pont
(bontható)
Egy fehér fénysugár eléri a vízfelszínt (1 pont).
Két, kissé eltérő szögben megtört fénysugár halad tovább (1 pont).
Mindkét sugár a beesési merőlegeshez törik (1 pont).
A kisebb törési szöghöz tartozó a kék, a másik a vörös összetevő (1 pont).
A két megtört fénysugár széttart, a tükröt kissé eltérő helyen érik el (1 pont).
Mindkettő visszaverődik, irányuk továbbra is széttartó (1 pont).
A víz-levegő határhoz érve megint megtörnek (1 pont).
Ezúttal a beesési merőlegestől törnek (1 pont).
Ezután különböző helyeken érik el az ernyőt (1 pont).
c) Miért bomlik a fehér fény a szivárvány színeire az elrendezésben? Magyarázza el a jelenséget a fénytörést leíró optikai fogalmak felhasználásával! Hogy hívják azt a jelenséget, mely a fény felbomlását ebben az elrendezésben lehetővé teszi?
c) A szivárvány létrejöttének magyarázata és a diszperzió megnevezése:
4 pont
(bontható)
A törésmutató függ a hullámhossztól (vagy frekvenciától) (1 pont), ez a diszperzió (színszórás) jelensége (1 pont). Ez okozza, hogy a különböző színösszetevők sugármenete eltérő (2 pont), és máshol érik el az ernyőt.
Összesen: 20 pont