Feladat: 177. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Bános Noémi ,  Major Zsuzsanna ,  Megyeri Ágnes ,  Ronyecz Andrea ,  Sarlós Ferenc 
Füzet: 1996/november, 509. oldal  PDF file
Témakör(ök): Fénytani (optikai) mérés, Fénytörés, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1996/február: 177. fizika mérési feladat

Mérjük meg a jég törésmutatóját!

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

A törésmutatót többféle módszerrel is meg lehet mérni. Megyeri Ágnes (Monor, József A. Gimn., I. o.t.) ,,jégprizmát'' készített a következő módon. Egy üveglapra merőlegesen három mikroszkóp-tárgylemezt ragasztott olymódon, hogy egy egyenlő oldalú háromszög alapú hasáb alakuljon ki. Ebbe az edénykébe öntött vizet, és fagyasztotta meg. A legtöbb nehézséget az átlátszó jég készítése okozta. Nem jégszekrényben, hanem a szabadban, lassan fagyasztotta meg (az oldott gázok eltávolítása céljából) az előzőleg felforralt vizet. (Szerencsére éjszaka éppen fagyott!) A jégprizmára az iskolai írásvetítő lézeres fénymutatójának fényét ejtette, és (sötétben, fagypont alatti hőmérsékleten) mérte a megtörő fénysugár irányát. A mérési eredményeket rajzpapíron jelölte be, majd később némi számítás után meghatározta a jégnek (a levegőre vonatkoztatott) törésmutatóját. Eredménye: njég=1,31±0,03.
Major Zsuzsanna (Stuttgart, Friedrich-Eugens-Gymn., IV. o.t.) arra figyelt fel, hogy jeget vízbe téve alig látja a határfelületet. Ebből arra következtetett, hogy a jég és a víz törésmutatója közel ugyanakkora érték kell legyen. Hengeres műanyag edényben kevés vizet fagyasztott, majd a jégre vizet öntött. Igen laposan lézerfényt bocsátott víz-jég határfelületre, s a fénysugár szögét változtatva a teljes visszaverődés jelenségét figyelte meg. A mért geometriai adatokból kiszámította a jégnek a vízre vonatkozó törésmutatóját, majd a víznek levegőre vonatkoztatott nvíz=1,33 adatából végül azt kapta, hogy a njég=1,31±0,01.
Bános Noémi (Temesvár, Bartók B. Líceum, IV. o.t.) kicsiny hengeres edényben (üres gyógyszeres doboz, Vitamin PLUSSZ stb) vizet fagyasztott, s az így készített jég-hengerlencse segítségével napfényt fókuszált egy fehér papírlapra. (A szélső, zavaró sugarakat sötét papírlappal letakarta.) Az ide-oda mozgatott jéglencse legerősebben fókuszáló helyzetében lemérte a lencse és az ernyő távolságát. Ebből az adatból, valamint a henger átmérőjéből ki lehet számítani (a vastag lencsékre vonatkozó képletek, vagy közvetlenül a Snellius‐Descartes-törvény felhasználásával) a jég törésmutatóját. Hasonlóan járt el Sarlós Ferenc (Baja, III. Béla Gimn., II. o.t.) is, aki természetes képződményt, egy hosszú jégcsapot használt lencseként. A jégcsapok között talált jól átlátszókat is, s ezek középső szakasza jó közelítéssel körhengernek tekinthető volt. A ,,jéghenger'' kerületét cérnával, a fókusztávolságát (napfényben) vonalzóval mérte le.
Valamennyi mérési módszernél a távolságmérés, vagy esetleg a közvetlen szögmérés pontossága határozza meg a végeredmény hibájának nagyságrendjét. A jég tisztasága (légbuborék-mentessége) közvetve, a hosszúságok mérhetőségén keresztül lényegesen befolyásolja a mérés pontosságát.