K 2011. máj. 17. T 18. 2847

Egy medencében nyakig vízben állva figyelünk egy tőlünk öt méterre lévő embert, aki szintén nyakig merül a kristálytiszta vízbe. Megpróbáljuk megállapítani, milyen színű fürdőnadrág van a másikon, de ez nehézséget okoz. Miért?

 A)  A fényelhajlás jelensége miatt a megfigyelt ember fürdőnadrágjáról induló fény nem jut a szemünkbe. 

 B)  A fénytörés miatt torzított képet látunk, továbbá a vízfelszín csillogása és hullámzása, valamint a víz fényelnyelése is zavarja a megfigyelést. 

 C)  A diszperzió jelensége miatt a megfigyelt ember fürdőnadrágjáról induló fény a szivárvány színeire bomlik, s így nem dönthető el annak színe. 

 A)  A fényelhajlás jelensége miatt a megfigyelt ember fürdőnadrágjáról induló fény nem jut a szemünkbe. 

 B)  A fénytörés miatt torzított képet látunk, továbbá a vízfelszín csillogása és hullámzása, valamint a víz fényelnyelése is zavarja a megfigyelést. 

 C)  A diszperzió jelensége miatt a megfigyelt ember fürdőnadrágjáról induló fény a szivárvány színeire bomlik, s így nem dönthető el annak színe. 

Az érettségin megíratott, nyomtatott verzióban a B) válasz így szólt:

"A teljes visszaverődés miatt a megfigyelt ember fürdőnadrágjáról induló fény nem jut a szemünkbe."    
 

Az érettségi bizottság - a kritikákat meghallva - elismerte, hogy ez nem igaz, mert a megfigyelt ember fürdőnadrágjából kiinduló fénysugaraknak ugyan egy jó része (konkrétan amelyek elég "laposan" indulnak; az ábrán szaggatott vonalakkal jelölve) tényleg olyan nagy beesési szöggel éri el a vízfelszínt, ami már nagyobb a víz-levegő határfelületre jellemző \(\alpha_{\mathrm{h}}\approx 48^\circ\) határszögnél, emiatt teljes visszaverődést szenved el a közeghatáron, ki sem jut a levegőbe, így esélye sem lesz a vízből kint lévő szemünkbe eljutni. De az ezeknél meredekebben elinduló sugarak kijutnak, és közöttük (sima vízfelszín esetén) mindenképp lesz olyan is, amely épp a szemünkbe jut, meg persze lesznek olyanok is, amik a fejünk fölött haladnak majd el:    
 


Ezek miatt érettségi feladatlapként már egy módosított (helyesbített) változat került ki az Oktatási Hivatal honlapjára (és a netfizikán is ez található).

Egyébként a fürdőruha színének megállapítását a javított változatban szereplő effektusokon túl az is nehezíti, hogy a megadott elrendezésben a fürdőnadrágról a szemünkbe jutó fénysugarak a vízfelszínt a határszöghöz közeli (annál csak kicsit kisebb) beesési szögben érik el. Közeghatárhoz érve a hullámok általános esetben részben átlépnek az új közegbe, részben visszaverődnek, méghozzá valamilyen intenzitásarányban. Határszögnél kissé kisebb beeséséi szög esetén az arányok már olyanok, hogy a hullám energiájának nagy része a visszavert nyalábra jut, az átlépő nyaláb pedig pedig csak minimális intenzitású, határszögnél és afelett pedig a bejövő nyaláb teljesen visszaverődik. Így a megfigyelő szemébe a fürdőnadrágból csak egy elég halvány, gyenge fénynyaláb jut, amit könnyen lehet, hogy nem is észlel (különösen verőfényes fényviszonyok esetén).