Feladat: 2002. évi Nemzetközi Fizika Diákolimpia 5. feladata Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Füzet: 2002/október, 432 - 435. oldal  PDF file
Témakör(ök): Optikai rácsok, Egyéb optika, Nemzetközi Fizika Diákolimpia
Hivatkozás(ok):Feladatok megoldásai: 2002/november: 2002. évi Nemzetközi Fizika Diákolimpia 5. feladata

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

Optikai ,,fekete'' doboz

 

Ebben a feladatban nem kell meghatároznod az eredmények pontosságát, azaz nem szükséges hibaszámítással vagy hibabecsléssel foglalkoznod!
 
Leírás
 

Ebben a feladatban egy kocka alakú dobozban elhelyezkedő optikai elemeket kell azonosítanod. A zárt doboz két keskeny nyílással rendelkezik, melyeket vörös színű műanyagfólia fed. Az ismeretlen optikai elemek azonosítása a rendszer optikai viselkedése alapján lehetséges. A nyílásokat fedő vékony műanyagfólia optikai hatása elhanyagolható.
A nyílások középpontjain átmenő egyenest nevezzük a doboz tengelyének. A dobozban (a vörös színű műanyagfólia mögött) három optikai elem helyezkedik el, amelyek között lehetnek azonosak is. Az ismeretlen optikai elemek lehetséges típusai a következők.

‐ Sík- vagy gömbtükör.

‐ Gyűjtő- vagy szórólencse.

‐ Párhuzamos síklapokkal határolt átlátszó lemez (planparalel lemez).

‐ Prizma.

‐ Optikai rács.
Az átlátszó optikai elem(ek) anyagának törésmutatója az alkalmazott hullámhosszra 1,47.
 

A felhasználható eszközök
 


‐ Egy 670 nm hullámhosszon működő lézer mutatópálca. (Figyelem: Ne nézz közvetlenül a lézernyalábba!)

‐ Optikai sín, távolságbeosztás nélkül.

‐ Az optikai sín mentén mozgatható tartó, amire a dobozt teheted.

‐ Egy ernyő, ami csatlakoztatható az optikai sín végéhez, de le is választható, és más méréshez felhasználható.

‐ ,,Milliméterpapír'', melynek távolságegysége nem 1 mm. A ,,milliméterpapír'' ragasztószalaggal az ernyőhöz rögzíthető.

‐ Függőleges tartóállvány, univerzális befogóval. (Megegyezik az I. mérési feladatnál felhasznált állvánnyal.)
 

Lehetséges optikaiMeghatározandó jellemzőkelemek
tükör
  görbületi sugár; a tükör normálisa és a doboz tengelye által bezárt szög
lencse1
gyűjtő vagy szórólencse; fókusztávolság, elhelyezkedés a dobozon belül
planparalel lemez
vastagság, a törőoldalak síkja és a doboz tengelye által bezárt szög
prizma
törőszög, a prizma egyik törőlapja és a doboz tengelye közötti szög
optikai rács1
rácsállandó, a rácsvonalak iránya, a rács elhelyezkedése a dobozon belül
 

1
Figyelem! A biztosított ,,milliméterpapír'' távolságegysége megegyezik az I. feladatban használt papíréval, de ez a távolságegység nem 1 mm.
 
Feladat
 

Találd ki, hogy milyen optikai alkotóelemek vannak a dobozban (összesen 3 darab), és határozd meg ezek egyéni jellemzőit!
 

Végső válaszodban az optikai elemek távolság jellegű jellemzőit (például fókusztávolság, görbületi sugár, rácsállandó, stb.) milliméterben, mikrométerben vagy a ,,milliméterpapír'' beosztása által meghatározott egységben add meg.
1Az említett eszköz csak úgy helyezkedhet el a dobozban, hogy síkja merőleges a doboz tengelyére.