Az emberi szem mkdse nem csak fizika Az
Az emberi szem működése. (nem csak fizika…) Az égitestek fényképe fényes körlap: miért látunk mégis csillagokat? Lehet, hogy egy fekete-fehér mintázatú korong színesnek látszik? Melyik vonal hoszabb: jó a szemmértéked? Lehet hogy egy közönséges falikép hirtelen mozogni kezd? Tények, kísérletek és érdekességek a szem működésével kapcsolatban.
A látás alapja a fény érzékelése. —Mi a fény? Milyen tulajdonságai vannak ? Hogyan keletkezik ? hogyan terjed ? —Hogyan nyelődik el ? Hogyan lép kölcsönhatásba biológiai anyagokkal ? —A látás az információszerzés fontos eszöze. —A látás, mint fizikai, biofizikai és pszichológiai folyamat. —Csak az hiszem, amit látok ! Valóban hihetünk a szemünknek ?
ELSŐ RÉSZ
Mi a fény? A fény • A fény olyan sugárzás, olyansugárzás, amely fényérzetet kelt Emellett kémiai változást okoz egy fényképlemezen, működésbe hozza a fotocellát, hõhatása érzékeny hőmérőkkel kimutatható.
A fény keletkezése és elnyelődése: (egy kis atomfizika) az atomban lévő elektron energiája nem lehet akármekkora: csak „megengedett” energiaértéket vehet fel. (Bohr I. posztulátuma)
(egy kis atomfizika) A legegyszerűbb atom, a hidrogén, amely egy protonból és egyetlen elektronból áll energiája s é t o p a ll á t erjesztet A második g giája r e n és e t o p a t áll t e t rjesz e g lső Az e További gerjesztett állapotok energiái a rgiáj e n e ot és p a l l á ap Az al 0, 1 nm ( 1 nm a mm ezredrészének milliomodrésze) E
Elektronállapot-változás (DE): csak „megengedett” állapotok között jön létre (Bohr II. posztulátuma) Fényelés, fénykibocsátás: ð a fény az energiát az atomban alapállapotban lévő elektronnak adja. ð Az elektron energiája megnő (gerjesztett állapot). ð Ez az állapot instabil, az elektron gyorsan újra alapállapotba kerül és az energiakülönbséget ðfény formájában kibocsátja. A fény tehát az atomokkal történő kölcsönhatásban keletkezik és nyelődik el
A HIDROGÉNSPEKTRUM Ibolya kék zöld sárga narancs vörös nm 410 434 486 (Balmer, 1885) 656 h = 6, 6. 10 -34 Js c = 3, 108 m/s (nm) DE (a. J) 656, 4 0, 303 486, 3 0, 409 434, 2 0, 458 410, 3 0, 485 397, 1 0, 501
A sugárzás kvantum természete: a foton „hullámcsomag”, E = hf Gerjesztett állapot energiája E 2 Energia-különbség DE = E 2 - E 1 hf=DE Alapállapot energiája E 1 (magasabb Alapállapotú energiaállapotú) atom Gerjesztett
Összefoglalva: Az ionizáció tartománya Az ionizációhoz szükséges energia 2, 1760 a. J = 13, 6 e. V 0 e. V : A szabad elektron energiája 0, 02 0, 03 0, 045 0, 061 0, 086 a. J 0, 85 0, 14 e. V a. J 1, 51 e. V 0, 24 a. J negyedik gerjesztett állapot harmadik gerjesztett állapot Második gerjesztett állapot DE=0, 3 a. J 3, 4 e. V 0, 54 a. J 3, 375 e. V =656 nm Első gerjesztett állapot DE=1, 63 a. J = 10, 2 e. V 2, 176 a. J 13, 6 e. V Energia, a. J alapállapot a. J: attojoule 1 a. J = 10 -18 J 1 e. V = 0, 16 a. J
A fény hullámtermészetének (1690, Huygens) bizonyítéka a fényelhajlás és az interferencia (Young, 1801)
Young kettős-rés kísérlete Jobboldali rés nyitva napfény Kísérleti észlelet Szűk rések baloldali rés nyitva Kísérleti észlelet mindkét rés nyitva Észlelő ernyő Várható észlelet: Hullámelmélet szerint Az ernyőn megjelenő mintázat Részecskeelmélet szerint A kísérlet eredménye
Elektromos térerőség Mágneses indukcióvektor x Elemi hullám: síkbeli rezgés Valódi fénysugár: sok elemi hullám, különböző síkokban rezegnek. Polarizáció: kiválaszjuk a párhuzamos síkokban rezgő elemi hullámokat.
Kísérlet: Rácsok, lézer: elhajlás és interferencia katedrálüveg, lézer: fénytörés és interferencia
Kísérlet. Polarizáció: a fény transzverzális hullám.
A fény kettős természetű: hullám és részecske (foton) Hallwachs fedezte fel a fotoeffektust: fény hatására (például fémfelületről) elektronok szabadulnak fel. - + +V - Einstein értelmezte a kísérleti eredményt: a fény fotontermészetű (is). Eel Eki nküszöb n
Znlemez UV-lámpa Ellenelektróda áramforrás
A látható fény tehát hullám: elektromágneses hullám. De nincs egyedül: MEGNEVEZÉS sugárzások Ionizáló Fény Rádióhullámok Váltakozó áram HULLÁMHOSSZ 18 000 - 3 km Felhasználás, jelentőség (példák) Energiaellátás, elektromos eszközök Hosszúhullámok 2 - 1 km Távközlés Középhullámok 600 - 150 m Távközlés Rövidhullámok 50 - 15 m Távközlés URH 15 Mikrohullámok 1 m - 0, 03 mm Távközlés, radar, Infravörös fény 0, 3 nm - 760 nm hősugárzás Látható fény 760 nm- 380 nm látás Ultraibolya fény 380 nm- 10 nm D-vitamin Röntgensugarak 10 nm - 1 pm Orvosi és műszaki diagnosztika, terápia, Gammasugarak 0, 3 nm - 30 fm Terápia, műszaki diagnosztika, mezőgazdaság (csírátlanítás) Kozmikus sugarak 30 fm - 0, 3 fm Hatásai a földi életre, Tudományos kutatás -1 m Távközlés
Fénytörés Teljes visszaverődés
DÉLIBÁB TELJES VISSZAVERŐDÉS FORRÓ LEVEGŐRÉTEGEN VÍZFELSZÍNEN FÉNYVEZETŐ VÍZSUGÁR
Kísérlet: A fényvezető működése (teljes visszaverődés)
Mi a leképezés?
Egy kis matematika… A tér transzformációja vagy leképezése egy halmaz minden egyes P pontjához a tér egy másik P’ pontját rendeli hozzá. A P’ pontot a P pont képének nevezzük… P 1 P 4’ P 2 P 3’ P 3 P 2’ P 4 P 1’
A szabályos sima felületeken létrejövő fényvisszaverődés leképezést hozhat létre: egyik legegyszerűbb transzformáció (leképezés) a tükrözés. Tükröző gömbfelület fókusz Geometriai középpont P tárgy-pont P’ kép-pont Valamely P ponton átmenő fénysugarak a visszaverődés után egyetlen P’ ponton mennnek át, vagyis egy-egyértelmű transzformáció (leképezés) keletkezik. Ezátal a gömbtükör a tárgy képét hozza létre, ami ernyőn (vetítővásznon) felfogható.
Példák a leképezésre: Camera obscura Rajzolás
Optikai lencse FÓKUSZTÁVOLSÁG, f FÓKUSZ(PONT) A dioptria a lencse „erősségének” (törőerejének) a mértéke. [A dioptria lehet pozitív (gyüjtőlencse) vagy negatív (szórólencse). ] D(m ) = -1 1 f(m) pl. a 25 cm = 0, 25 m fókusztávolságú lencse 1 0, 25 = 4 dioptriás
Leképezés optikai lencsével Valódi kép keletkezése TÁRGY KÉP
Optikai lencse: HOGYAN MŰKÖDIK A FÉNYKÉPEZŐGÉP? F f
VÉGE AZ ELSŐ RÉSZNEK.
- Slides: 31