Fénytörés

A vízfelszínt ferdén érő fénynyaláb megtörik a közeghatáron. Uszodában a medence feneke sokkal közelebb látszik, mint azt a vízbe szállva tapasztaljuk. A kiskanál vagy a szívószál is megtörni látszik a pohárban.

Szívószál egy pohár vízben

Fénytörés vizsgálata optikai koronggal

Kísérletezéshez az optikai korongra üveg (vagy plexi) félhengert helyezünk a korong közepére, úgy hogy a félhenger és a korong közepe essen egybe. A fénysugár tartson a közös középpont felé. (Így a fénysugár csak egyszer törik meg.)

A következő elnevezéseket használjuk:

• beeső fénysugár (s): a felülethez tartó fénysugár,
• megtört fénysugár (s’): a felülettől távolodó fénysugár,
• beesési pont (O): ahol a beeső fénysugár a felületet éri,
• beesési merőleges (n): a beesési pontban a felületre állított merőleges,
• beesési szög (α): a beeső fénysugárnak a beesési merőlegessel bezárt szöge,
• törési szög (β ): a visszavert fénysugárnak a beesési merőlegessel bezárt szöge.

Változtassuk a levegőből az üvegbe tartó fény esetén a beesési szöget és jegyezzük fel a hozzájuk tartozó törési szögeket! Azt tapasztaljuk, hogy a felületre merőlegesen érkező fénysugár nem törik meg, de minden más esetben a törési szög kisebb a beesési szögnél.

Ha az optikai korongot 180º -kal elfordítjuk tanulmányozhatjuk az üvegből levegőbe jutó fény törését. Legyenek most a beesési szögek az előző kísérlet törési szögei! Az előző kísérletben a beesési merőleges felé tört a fény útja, most a beesési merőlegestől nagyobb szögben törik meg. A mérések azt mutatják, hogy a beesési szögek és a törési szögek szerepet cseréltek.

Fénytörés vizsgálata optikai koronggal

Fénytörés törvénye

Kísérletek alapján megfogalmazhatjuk a fénytörés törvényeit:

• A beeső fénysugár, a megtört fénysugár és a beesési merőleges egy síkban vannak.
• A felületre merőlegesen beeső sugár változatlan irányban halad tovább.
• Ha a fény levegőből üvegbe (vagy vízbe) jut, a törési szög mindig kisebb a beesési szögnél.
• Ha a fény üvegből (vagy vízből) levegőbe jut, a törési szög mindig nagyobb a beesési szögnél.

Ezt a törvényt törési törvénynek (vagy Snellius–Descartes-törvénynek) nevezzük. A fény azért törik meg a két átlátszó közeg határán, mert a két anyagban más a terjedési sebessége. Üvegben kisebb mint levegőben. Ekkor azt mondjuk, hogy az üveg optikailag sűrűbb. Általában igaz, hogy két közeg közül az az optikailag sűrűbb, amelyben a fény terjedési sebessége kisebb.

Az optikai sűrűség és a leírt kísérletek alapján:

Ha a fény optikailag sűrűbb közegbe lép, akkor a beesési merőleges felé törik. Ha a fény optikailag ritkább közegbe lép, a beesési merőlegestől törik.

Fénytörés