Optika forrásának megtekintése

{{lektor}}

Az '''optika''' vagy '''fénytan''' a [[fizika|fizikának]] a [[fény]] és általában az [[elektromágneses sugárzás]] terjedésével foglalkozó tudományága. A fény tulajdonságait, a fényjelenségeket – [[fénytörés]], [[fényvisszaverődés]], [[visszatükrözés]] – vizsgálja.

Az optika szó a görög optikosz (ὀπτικός = látás) szóból származik.<ref>{{CitLib|aut=Fülöp József|tit=Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár|red=Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft.|loc=Celldömölk|ann=1998|isbn=963 8334 96 7|pag=107}}</ref>

== Részterületei ==

* A [[geometriai optika]] a fényt mint egy sugarat tekinti, mely egyenes vonalban halad az egyes [[közeg]]ekben, a közeghatárokon pedig [[fényvisszaverődés|visszaverődik]] vagy [[fénytörés|megtörik]].
* A [[hullámoptika]] a fényt [[hullám]]ként modellezi, és a fény terjedésével kapcsolatos jelenségekkel foglalkozik. Így magyarázható a [[diffrakció]], az [[interferencia]] és a [[polarizáció]] jelensége.
* A [[kvantumoptika]] a fény anyaggal való kölcsönhatását írja le, amely során fény keletkezik vagy megsemmisül, ezért vékony rétegek és határjelenségek magyarázatául szolgál.

== Színkép vagy spektrum ==
A színeket  a fény frekvenciája határozza meg. A különböző színeknek megfelelő hullámhosszak a fázissebesség és a frekvencia értékének a hányadosa. 

Színkép vagy spektrum valamely [[fényforrás]]tól kibocsátott fény hullámhossz szerinti felbontásánál a színekhez tartozó intenzitás frekvenciára való eloszlását leíró függvény által adható meg, illetve a fényspektrográfok által a hullámhossz szerint felbontással a térben. 

=== Emissziós színkép ===
A gerjesztett atomi vagy molekuláris rendszer által kibocsátott elektromágneses hullámok hullámhossz szerinti rendszere. 

=== Folytonos színkép ===
Olyan emissziós színkép, amelynek az intenzitása a frekvencia folytonos függvénye, és széles tartományban különbözik nullától.

== Fényforrások ==
Meg kell említenünk a fényforrásokat is, mert fényforrás nélkül nincs fény. Két fajta fényforrást különböztetünk meg: 
# az elsődleges  
# a másodlagos fényforrásokat.
=== Elsődleges fényforrás ===
Elsődleges (valódi) fényforrásnak tekintjük azokat a tárgyakat, amelyek fényt bocsátanak ki. Elsődleges fényforrások: a [[Nap]], a [[csillag]]ok, a [[gyertya]] lángja, a lámpa stb.

=== Másodlagos fényforrások ===
Minden test, ami csak a rá sugárzott és róla visszaverődő fény miatt látható azt másodlagos fényforrásnak nevezzük.

Ez alapján vehetjük úgy is, hogy minden test másodlagos fényforrás, mint például az asztal, tábla, ember stb.

== Fényjelenségek ==
Ha a fény két eltérő optikai sűrűségű közeg határára érkezik, akkor egy része visszaverődik, másik része pedig belép az új közegbe. Az új közegben haladó fénysugár általában megtörik. A közegek és a határfelület tulajdonságaitól, valamint a beesés szögétől függ, hogy a [[fényvisszaverődés]] vagy a [[fénytörés]] az erőteljesebb.

=== A Huygens–Fresnel-elv ===
[[Fájl:Wellen-Brechung.png|thumb|right|200px|Hullámtörés a Huygens-elv alapján]]

[[Christiaan Huygens]] holland fizikus és csillagász (1629–1695) dolgozta ki az optikai rendszerek elemzésének hasznos módszerét. 

A [[hullámfront]] minden pontja elemi gömbhullámok kiindulópontja. Az elemi hullámok a fény sebességével terjednek. Egy későbbi „t” időpontban a hullámfront új helyzetét az elemi hullámok [[interferencia|interferenciájának]] burkolója adja meg.

(Megjegyzés: A hátrafele terjedő elemi hullámok az [[interferencia]] miatt kioltódnak.)

=== Fényvisszaverődés ===
Hogyha a közegek és a határfelület tulajdonságai úgy hozzák, hogy a visszaverődés erőteljesebb, a jelenséget [[fényvisszaverődés]]nek nevezzük.

==== Teljes visszaverődés (totálreflexió) ====
[[Fájl:Teljes fényvisszaverődés.jpg|thumb|jobbra|200px|Teljes visszaverődés]] 

Ha egy fénysugár az optikailag sűrűbb közeg felől a ritkább közeg felé halad, akkor a határfelületen nem törik meg, hanem azon – mint tökéletes tükrön – visszaverődik. Ilyenkor [[teljes fényvisszaverődés]]ről vagy más néven totális reflexióról beszélünk, mivel a határfelület a ráeső fény 100%-át visszaveri. 
A [[Határszög (optika)|határszöget]] a törési törvényből könnyedén meghatározhatjuk:

<math>\frac{{\sin \alpha }}{{\sin 90^\circ }} = \frac{1}{n}</math>

ebből:

<math>\sin \alpha _h  = \frac{1}{n}</math>

==== Brewster törvénye ====
A visszavert sugár teljesen poláros lesz, ha a visszavert, valamint a közegbe behatoló megtört sugár egymásra merőleges. 
A teljes [[polarizáció]]hoz tartozó <math>\alpha_b</math> beesési szög és a [[törésmutató]] kapcsolata:

<math>n = \frac{{\sin \alpha _b }}{{\sin \beta }} = \frac{{\sin \alpha _b }}{{\sin (90^\circ  - \alpha _b )}} = \frac{{\sin \alpha _b }}{{\cos \alpha _b }} = \operatorname{tg}\alpha _b</math>

==== Kísérlet ====
[[Fájl:Fényvisszaverődés.jpg|thumb|right|200px|Fényvisszaverődés sík felületről]]

Hogy a törvényt ki tudjuk mondani, egy kísérletet kell elvégeznünk, amihez optikai korongot használunk. Az optikai vagy Hartl-korong három részből áll: 
* beosztásos korong
* szűrő, ami kiszűri a nem megfelelő irányba haladó fénysugarakat
* tartószerkezet, amire tükröket, illetve lencséket rakhatunk

Jelen esetben a tartószerkezetre egy síktükröt raktunk. A képen látszik, hogy merre halad a fénysugár, és elvileg azt látjuk, ami a mellékelt képen látható.

==== Törvény ====
A törvény meghatározásához értelmeznünk kell a képet. Az alábbi elnevezéseket használjuk:
* beeső fénysugár (s): a felülethez tartó fénysugár
* visszavert 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
* visszaverődési szög (β=α’): a visszavert fénysugárnak a beesési merőlegessel bezárt szöge

A kísérletből megállapíthatjuk a törvényt:
# '''A beeső fénysugár, a beesési merőleges és a visszavert fénysugár egy síkban van.'''
# '''A visszaverődési szög egyenlő a beesési szöggel.'''

Ezt [[Eukleidész (matematikus)|Eukleidész]] [[I. e. 300|Kr. e. 300]] körül már bebizonyította.

=== Fénytörés ===
[[Fájl:Example snells law.gif|bélyeg|jobbra|200px|Fénytörés]] 
[[Fájl:Fénytörés.jpg|bélyeg|jobbra|200px|Fénytörés]] 

Ha egy üvegpohárba vizet öntünk, s rajta átnézve vizsgáljuk a hozzá közel lévő tárgyakat, eltorzult képet látunk. A [[víz]]be helyezett szívószál például megtörtnek látszik, pedig ha kivesszük a vízből, látható, hogy változatlan az alakja. Nem a szívószál törik meg, hanem a fény, amely a vízből érkezik a szemünkbe.

Ha a fénysugár eltérő fénytani sűrűségű anyagok határán átlép, iránya megváltozik. A víz és a [[levegő]] határán mindig megtörik a fény, kivéve, ha éppen merőlegesen esik a vízfelületre.

==== A fény fázissebességének nagysága ====
Vákuumban:

<math>c_0  = \frac{1}{{\sqrt {\varepsilon _0 \mu _0 } }} = 299792458\frac{m}{s}</math>

Szigetelőben:

<math>c = \frac{1}{{\sqrt {\varepsilon _0 \mu _0 \varepsilon _r  \mu _r }}} = \frac{1}{{\sqrt {\varepsilon \mu } }} \approx \frac{1}{{\sqrt {\varepsilon _0 \mu _0 \varepsilon _r } }} = \frac{{c_0 }}{{\sqrt {\varepsilon _r } }} < c_0</math>

(ugyanis <math>\mu _r  \approx 1</math>)

==== A közeg abszolút törésmutatója ====

<math>n = \frac{{c_0 }}{c} = \sqrt {\varepsilon _r \mu _r }  \approx \sqrt {\varepsilon _r }</math>

==== Diszperzió (színszórás) ====
[[Fájl:Prism-rainbow.svg|thumb|right|200px|A prizma fénytörése az eltérő hullámhosszok miatt alakul ki]]

<math>\varepsilon _r</math> frekvenciafüggése miatt különböző hullámhosszú fénysugarak ugyanabban a közegben különböző sebességgel terjednek. Az új közegben a fényhullámok különböző frekvenciájú komponensei különböző mértékben térnek el a becslési irányhoz képest, azaz szóródnak. Emiatt bontja színeire a különböző frekvenciájú (színű) fények keverékét a prizma.

==== Relatív törésmutató ====
A második közeg első közegre viszonyított relatív törésmutatója:

<math>n_{21}  = \frac{{c_1 }}{{c_2 }} = \frac{{n_2 }}{{n_1 }}</math>

Az első közeg optikailag akkor sűrűbb a második közegnél, ha <math>n_{21}\!<\!1</math>, ellenkező esetben a közeg optikailag ritkább. (Az [[optikai sűrűség]] nem azonos a mechanikai [[sűrűség]]gel.)

==== Snellius–Descartes fénytörési törvénye ====
Ugyanazon közegben a beesési és törési szög szinuszának aránya állandó, és egyenlő az első, illetve második közegben mért terjedési sebességek hányadosával.

<math>\frac{{\sin \alpha }}{{\sin \beta }} = \frac{{c_1 }}{{c_2 }} = n_{21}  = \frac{{n_2 }}{{n_1 }}</math>

Az <math>\alpha</math> beesési szög növelésével a fény energiájának egyre kisebb hányada jut be az új közegbe.

== Optikai eszközök ==
{{commonskat|Optics}}

* [[Optikai lencse]] (domború, homorú)
* [[Tükör]] (sík, homorú, domború)
* [[Prizma]]
* [[Szem]]
* [[Szemüveg]] és [[kontaktlencse]]
* Optikai [[távcső|távcsövek]]
**[[Távcső#Hollandi (Galilei-féle) távcső|Galilei-távcső]] (hollandi távcső)
** [[Kepler-távcső]] (csillagászati távcső)
** [[Távcső#Newton-rendszer|Newton-távcső]]
** [[Távcső#Cassegrain-rendszer|Cassegrain-távcső]]
** [[Ritchey–Chrétien-távcső]]
* [[Mikroszkóp]]
* [[Fényképezőgép]] és őse, a [[camera obscura]]
* [[Kamera]]
* [[Diavetítő]]
* [[Optikai szál]]

== Jegyzetek == 
{{jegyzetek}}

== Források ==
*Budó Ágoston: ''Kísérleti fizika III''. Nemzeti Tankönyvkiadó (1994) {{ISBN|963-18-5969-X}}
*Allen Nussbaum; Richard A. Phillips: ''Modern optika''. Műszaki Könyvkiadó (1982) {{ISBN|963 10 3864 5}}
*{{cite book|author=Csákány Antal; Flórik György; Gnädig Péter; Holics László; Juhász András; Sükösd Csaba; Tasnádi Péter|title=Fizika|isbn=978 963 05 8487 6|url=https://www.scribd.com/document/260629369/Holics-Laszlo-Fizika-pdf|publisher=Akadémia Kiadó|year=2009}}

== További információk ==
* [http://optika.lap.hu/ Optika.lap.hu - linkgyűjtemény]
* [https://web.archive.org/web/20070219101052/http://www.fizkapu.hu/ Fizkapu] portál ''FizFotó'' rovatának [http://www.fizkapu.hu/fizfoto/fizfoto6.html optika tárgyú fotói]
* [https://afizikakalandja.blog.hu/2016/07/15/miert_kek_az_eg_mindennapi_fenyjelensegek_fizikai_magyarazata Hétköznapi fénytani jelenségek]
*Budó Ágoston: ''Kísérleti fizika III''. Nemzeti Tankönyvkiadó (1994) {{ISBN|963-18-5969-X}}
*Allen Nussbaum; Richard A. Phillips: ''Modern optika''. Műszaki Könyvkiadó (1982) {{ISBN|963 10 3864 5}}

== Kapcsolódó szócikkek ==
* [[Fermat-elv (optika)|Fermat-elv]]
* [[Fénysebesség]]
* [[Geometriai optika]]
* [[Prizma]]
* [[Spektrum]]

{{Fizika}}
{{Nemzetközi katalógusok}}
{{Portál|Fizika}}

[[Kategória:Optika| ]]