KURZUS: Műszaki fizika alapjai

MODUL: IX. modul: Optika

22. lecke: Hullámoptika

| Feldolgozandó:
Jegyzet: A fény és az elektromágneses spektrum Jegyzet: A fény sebessége Jegyzet: A fényhullámok interferenciája Jegyzet: A fény polarizációja Jegyzet: Fény elhajlása kis lyukakon és réseken Jegyzet: Az optikai rács Jegyzet: Fényelhajlás széles résen "Optika" előadás prezentáció Példatár: 17. lecke Hullámoptika
Tanulási célok: A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:
Elhelyezni a fényt az elektromágneses hullámok teljes tartományában, felsorolni az egyes tartományokat jellemző tipikus hullámhossz- és frekvencia-értékeket. A színekkel kapcsolatos alapvető ismeretek kvalitatív visszaadására. A mindennapokban előforduló anyagok törésmutatójának és a bennük való fénysebességnek tipikus értékeit közelítőleg felsorolni. A fény interferenciájával kapcsolatos speciális jelenséget, a véges koherencia hosszat értelmezni. Elmondani, mit is jelent a fény polarizációja, és felismerni, hol találkozhatunk polarizált fénnyel a gyakorlatban. A Huygens-Fresnel elv alkalmazásával megérteni a lyukakon és réseken történő fényelhajlási jelenségeket, ezzel kapcsolatos elemi számítási feladatokat elvégezni.
Támpontok a tanuláshoz
A hullámokról általában tanult ismeretek alkalmazhatóak a fényre is, hisz az elektromágneses hullám. A mérnöki gyakorlat szempontjából fontos, de sokszor még a mindennapi életben is hasznos ismerni az elektromágneses spektrum főbb tartományainak (rádióhullám, mikrohullám stb.) jellemzőit. Ezért az ezek határait jelölő hullámhossz-értékeket tanulja meg fejből. (A frekvencia-értékek ebből könnyen kiszámolhatók.)
A fény sebességéről, interferenciájáról és polarizációjáról szóló részek szinte csak elméleti ismereteket tartalmaznak. Ezen rész feldolgozásakor fordítson figyelmet a mindennapi jelenségekkel való kapcsolat megértésére. (Erre a jegyzet sok utalást tesz.)
A fényhullámok kis réseken és rácsokon mutatott jelenségeinek megértéséhez a hullámtanban az interferenciáról és a Huygens-Fresnel elvről tanultak felidézése hasznos lehet. Ezért az erről szóló rész feldolgozása előtt érdemes lehet a jegyzet erről szóló részeit fellapozni.
Az ábrák helyes értelmezése itt kiemelt szerepű, ezért erre fordítson különös figyelmet. A réseken és optikai rácson való elhajlással kapcsolatban számolási példákat is talál a jegyzetben, ezek megértése és önálló megoldása követelmény.

| Ellenőrző kérdések
1. A 450 nm-es hullámhosszú fényhullám útkülönbség nélkül találkozik a 650 nm-es hullámhosszú hullámmal. Okoz-e látható interferenciát ezeknek a hullámoknak a találkozása?
| Igen, méghozzá erősítik egymást, mert nincs köztük útkülönbség.
| Okoz, de csak akkor, ha megfelelő fázisban találkoznak.
| Nem, mert látható interferenciát csak azonos hullámhosszú fénynyalábok kelthetnek.
| Igen, ha azonos fényforrásból származnak a hullámok.
2. Miért nem koherens két izzólámpa fénye?
| Mert nem férnek egymáshoz elég közel.
| Mert nem lehet teljesen egyforma fényforrásokat készíteni.
| Mert nem ugyanannyi atom sugároz a két fényforrásban.
| Mert egymástól függetlenül, összehangolatlanul sugároznak a fényforrások atomjai.
3. Az optikai rács által előállított színképet ernyőn szokás tanulmányozni. Vajon a hullámok csak az ernyőn erősítik, vagy oltják ki egymást, vagy az ernyő és a rács közötti térben is létrejön az interferencia?
| A térben mindenütt, ahol hullámok találkoznak, létrejön az interferenciás erősítés és kioltás.
| Az üres térben nem interferálnak a hullámok.
| A térben mindenütt jelen vannak a hullámok, interferencia viszont csak az ernyőn jön létre.
| A térben az optikai rács és az ernyő között állóhullámok keletkeznek.
4. Az egymástól 0,2 mm-re lévő réspárt 635 nm hullámhosszúságú, párhuzamos fénynyalábbal világítjuk meg. Milyen távolságra kell elhelyezni az ernyőt a résektől, hogy a maximum helyek egymástól 1 mm-re legyenek?
| 22,7 cm
| 13,9 cm
| 31,4 cm
| 52,6 cm
5. Milyen széles az a rés, amelyikre merőlegesen esik az 520 nm-es hullámhosszú, monokromatikus fénynyaláb, és a réstől 2,5 m-re lévő ernyőn 8 mm távolságra vannak egymástól az első elhajlási minimumok?
| 0,89 mm
| 0,32 mm
| 4,3 mm
| 0,57 mm
Ha a lecke feldolgozásában elakad, kérje a tutor segítségét!