Az alábbi a három esszétéma egyike, melyek közül válasszon ki egyet és fejtse ki másfél-két oldal terjedelemben, összefüggő ismertetés formájában! Ügyeljen a szabatos, világos fogalmazásra, a logikus gondolatmenetre, a helyesírásra, mivel az értékelésbe ez is beleszámít! Mondanivalóját nem kell feltétlenül a megadott szempontok sorrendjében kifejtenie.
2. Newton
„... a sebesség, amelyet egy adott erő létre tud hozni egy adott anyagon adott idő alatt, egyenesen arányos az erővel és az idővel, és fordítva az anyaggal. Mennél nagyobb az erő vagy az idő, vagy mennél kisebb az anyag, annál nagyobb a keltett sebesség. Mindez nyilvánvaló a mozgás második törvényéből.”
Forrás: Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete, Gondolat Kiadó, Budapest, 1981, 221. oldal, hivatkozás: Newton: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, London, 1687, új kiadás: Cambridge, Mass., 1972., szerk.: A. Koyré and I. B. Kohen.
Mutassa be Newtonnak a fizika területén végzett munkásságát!
Fogalmazza meg a dinamika newtoni axiómáit és adja meg az inerciarendszer fogalmát!
Ismertesse Newtonnak a tömegvonzás terén elért eredményét!
Térjen ki az optikával kapcsolatos munkásságára, különös tekintettel a prizma színfelbontására és a távcsőre!
Ez utóbbi esetben elemezze a Newton-féle elrendezés lényegét, és ezt magyarázó ábrával is szemléltesse!
Miért előnyösebb a Newton-féle távcső a Kepler-távcsőnél?
a) Newton-axiómák
Newton a dinamikai jelenségek leírására a következő három axiómát (alaptörvényt) fogalmazta meg:
Newton I. törvénye (tehetetlenségi törvény): (Inercia-rendszerhez viszonyítva) minden test nyugalomban marad vagy egyenes vonalú egyenletes mozgást végez mindaddig, míg ezt az állapotot egy másik test hatása meg nem változtatja.
Newton III. törvénye (hatás- ellenhatás törvénye): Ha \(A\) test hat \(B\) testre egy erővel, akkor \(B\) test is hat \(A\)-ra ugyanakkora, de ellentétes irányú erővel. \((\overrightarrow{F}_{AB} = -\overrightarrow{F}_{BA})\) (Newton IV: törvénye – szuperpozíció elv – nem része a középiskolás tananyagnak, nem elvárás az ismerete.)
A törvények bármely, elvileg helyes, teljes megfogalmazása elfogadandó!
A II. és III. törvényt elegendő csak szövegesen megfogalmazni, ekkor is jár a két-két pont, azonban ha vizsgázó csak az összefüggést adja meg képletszerűen, csak egy-egy pont jár.
3 x 2 = 6 pont
b) Inerciarendszer
A Newton-törvények nem általános törvények, csak bizonyos koordinátarendszerek esetén igazak.
Azokat a koordinátarendszereket, amelyekhez viszonyítva igazak a Newton-törvények, inerciarendszereknek nevezzük.
2 pont
c) Az általános tömegvonzás
Newton (az anekdota szerint egy leeső alma hatására) fogalmazta meg a gravitációs hatást is magában foglaló általános tömegvonzás törvényét.
Eszerint egy \(M1\) és egy \(M2\) tömegű test, ha a középpontjaik \(R\) távolságban vannak egymástól,
\[F=\gamma\cdot\frac{M1\cdot M2}{R^2}\]
erővel vonzzák egymást, ahol \(\gamma\) a gravitációs állandó. Elfogadható az is, ha a vizsgázó a \(gamma\) helyett az \(f\) jelölést használja.
2 pont
d) Optika
Newton rájött, hogy a prizma a fehér fényt összetevőire bontja, és emiatt látunk színes sávokat egy prizmán átvezetett keskeny fehér nyaláb esetén a prizma mögött elhelyezett ernyőn (és azt is igazolta, hogy ezeket egy másik prizmával újra egyesíteni lehet fehér fénnyé), azaz felfedezte a diszperzió jelenségét.
2 pont
e) A Newton-távcső vázlatos felépítése:
2 pont
Működése: a csillagról beérkező, közel párhuzamos fénysugarakat egy homorú tükör (parabolikus főtükör) egy pontba gyűjti össze, a segédtükör azonban még a fókuszpont elérése előtt oldalra kivetíti a fénysugarakat. Az okulárt úgy helyezik el, hogy fókuszpontja a segédtükörről érkező fénysugarak metszéspontjába essen. A fénysugarak az okulár után párhuzamosan fognak haladni, így tanulmányozható a vizsgálni kívánt csillag.
2 pont
f) A távcsövek összehasonlítása
A Kepler-féle távcső két gyűjtőlencséből áll. A lencsék a hullámhosszra „érzékenyek”, azaz használatuk esetén fellép az optikai diszperzió jelensége, ez okozza az ún. színhibát.
1 pont
Newton-féle távcső: Newton egy olyan csillagászati távcsövet alkotott, ahol az objektívet (tárgylencse) egy homorú tükörre cserélte, ezáltal csökkentve a színhibát.
1 pont
Bármely egyéb valóban jelentkező hiba felvetése (pl. lencsék fényelnyelése, lencsék készítésének nehézségei), és a hiba kiküszöbölésének magyarázata esetén jár az 1+1 pont.
Kifejtés módja: 3 + 2 = 5 pont
Összesen:
23 pont