Feladat: 2002. évi Nemzetközi Fizika Diákolimpia 5. feladata Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Füzet: 2002/november, 500. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Optikai rácsok, Egyéb optika, Nemzetközi Fizika Diákolimpia
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2002/október: 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.

Az optikai fekete dobozban két optikai rácsot helyeztek el. Ezeket egymásra merőlegesen, vagyis keresztezett állásban, belülről felragasztották a doboz két szemközti falára. A doboz belsejében az optikai rácsokon kívül még egy megdöntött helyzetű planparalel (sík-párhuzamos) lemez is volt.
A planparalel lemezre abból lehetett következtetni, hogy az optikai tengelyen haladó direkt fénysugarat az eszköz egy kissé eltérítette. Ha viszont megdöntöttük a dobozt, akkor egy bizonyos szögben történő megdöntéskor az eltérítés megszűnt. Ebből a megdöntésből lehetett megadni a planparalel lemez helyzetét a dobozban, illetve a direkt sugár eltérítéséből kaphatták meg a versenyzők a lemez vastagságát. Ehhez le kellett vezetniük az eltérítés formuláját, és ismerniük kellett az üveg törésmutatóját. A planparalel lemez adatait 20%-os pontossággal lehetett megkapni.
A keresztezett állású optikai rácsok, valamint a dobozon lévő párhuzamos rések érdekes, meglepő hatást eredményeztek. Ha az egyik oldalról küldtük be a fényt, akkor a másik oldalon négyzetrácsszerű elhajlási képet kaptunk, ami lényegében megegyezett azzal, mintha a két rács közvetlenül érintkezne egymással. Ha viszont a doboz másik oldaláról érkezett a fény, akkor az elhajlási kép olyan volt, mintha csak egy rács lenne a dobozban, az elhajlási maximumok csak egy sorban helyezkedtek el, mégpedig a résekkel párhuzamosan. Ennek az oka az, hogy ekkor az első rács a résekre merőleges elhajlást ad, amelyek közül a második rács csak a direkt sugarat engedi érvényesülni a második résen. A rendszer ,,félvezető'', aszimmetrikus jellegét szórakoztató és egyben tanulságos is önállóan végiggondolni. Az öt magyar versenyzőből hárman jöttek rá teljes mértékben a ,,fekete doboz'' tartalmára, ami ‐ a többi ország versenyzőihez képest ‐ nagyon jó aránynak számít.
Az optikai rácsok ismert elhajlási formulájából ki lehetett számítani, hogy az egyik rács rácsállandója 2μm értékű, míg a másiké 1μm nagyságú volt, amit 10%-os pontossággal lehetett meghatározni. Ebben a mérésben a versenyzőknek ‐ a kísérleti feladatoknál szinte kötelező eljárástól eltérve ‐ nem kellett hibabecsléssel foglalkozniuk. A rendezők így próbálták egy kicsit könnyebbé tenni a meglehetősen időigényes mérési feladatokat.