8.4. Tükrök leképezésének demonstrálása

a) A síktükör leképezési törvényének demonstrálása

A kísérlet célja

A tükörrel történő képalkotás tudatos vizsgálatához segítséget adó egyszerű kísérlet

Szükséges anyagok, eszközök

• Két gyertya, gyufa
• Függőleges helyzetű üveglap (kis állványban)

Leírás

A síktükör valódi tárgyról csak virtuális képet ad. A kép a tükör mögött keletkezik, és a tárgytávolság megegyezik a képtávolsággal (t = k). Ezt igazolhatjuk egy tükörként alkalmazott átlátszó üveglemezzel, amelyet az asztalra merőlegesen élére állítunk, s oldalról rögzítjük Bunsen-fogóval vagy valamilyen állvánnyal. Az üveglap elé és mögé is helyezzünk egy-egy azonos méretű gyertyát. Az elől levőt meggyújtjuk, s a másikat az égő gyertya tükörképébe helyezzük. Elölről nézve úgy látszik, mintha a hátul levő gyertya is égne. Megállapítható, hogy a tükröző felülettől mérve a két gyertya távolsága azonos (t = k).

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

• Mennyinek vehetjük egy síktükör fókusztávolságát?

Módszertani kiegészítések

• A kísérletet érdemes fakír trükként bemutatni: fordítsuk az egyik gyertyás oldalával az eszközt a hallgatóság felé. Gyújtsuk meg a feléjük nézőt és játsszuk el, hogy a másikat is meggyújtjuk. Kérdezzük meg, hogy ki meri a lángba beletenni a kezét! Ha senki, akkor mi tegyük a virtuális lángba a kezünket. A látvány jobb enyhén besötétített teremben és fontos, hogy a hallgatóság szemből nézze az eszközt. Nagy szögből feltűnő lehet, hogy az üveg vastagsága miatt két kép látható.

b) Homorú tükör képalkotásának bemutatása 

A kísérlet célja

A kozmetikai tükör/ borotválkozó tükör leképezését szemléltető kísérletek segíthetik a homorú tükör viselkedésének jobb megértését

Szükséges anyagok, eszközök

• homorú tükör
• gyertya (állványon), gyufa
• mérőszalag
• ernyő

Leírás

Keressük meg a homorú tükör fókuszát! A fókusz meghatározásához használjunk egy zseblámpát: a tükröt távolról megvilágítva keressük meg tenyerünkkel azt a helyet, ahol a tükörről visszavert nyaláb átmérője a legkisebb, majd mérjük meg ennek a pontnak (az optikai tengelyen) a tükörtől vett távolságát. Ezután tárgyként pl. kis optikai asztalra helyezett égő gyertyát alkalmazva, helyezzünk a gyertyát a tükör fókusztávolságán kívülre, de a kétszeres fókuszon belülre. Ekkor valódi, fordított állású, nagyított képet kapunk, amely ernyőn felfogható. Helyezzük ezután a gyertyát kétszeres fókusztávolságra. Ekkor a kép a tárggyal azonos helyen keletkezik, kétszeres fókusztávolságban. Távolítsuk tovább a gyertyát! Ekkor valódi, fordított állású, kicsinyített képet foghatunk fel az ernyőn. Ekkor figyelni kell, hogy az ernyő ne takarja ki a gyertyát! Ehhez a gyertyát és az ernyőt ki kell mozgatni az optikai tengelyből.

Ha a gyertyát a fókuszon belülre helyezzük (t < f ), virtuális, ernyőn fel nem fogható, egyenes állású képet kapunk.

Feladatok

• Határozzuk meg a tükör fókusztávolságát a leképezési törvény segítségével, valódi kép létrehozásával. A méréshez használjunk három különböző helyzetet (), és mérőszalaggal mérjük meg a tárgy- és a képtávolságokat! A leképezési törvénybe    behelyettesítve kiszámolhatjuk a tükör fókusztávolságát.  

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

• Melyek a homorú tükör nevezetes sugármeneteit?
• Készítsünk ábrát a kétszeres fókuszba helyezett tárgy homorú tükörrel történő képalkotásáról!
• Milyen a homorú tükör által alkotott kép? (kicsinyített/nagyított; egyenes/fordított állású; valódi/virtuális) Hogyan függenek a kép tulajdonságai a tárgytávolság és a fókusz viszonyától? (t < f, t = f, f < t < 2f, t = 2f, és 2f < t)
• Milyen gyakorlati alkalmazásoknál használnak homorú tükröt? Mondjunk példát t < f  és t > f esetre is!

Módszertani kiegészítések

• A homorú tükör leképezését használja ki az alábbi trükkös kísérlet, az ún. virágcsokros kísérlet, amelyre a diákok sokáig szoktak emlékezni. A „trükk” azt használja ki, hogy a homorú tükör kétszeres fókuszpontjába helyezett tárgyról a tükör ugyanazon pontba ellentétes állású képet hoz létre.
• Nagy homorú tükör kétszeres fókuszába helyezzünk el egy fél dobozt, melynek nyitott része a tükör felé néz. A fél doboz belső tetejéről (a doboz belsejébe) lógassunk le egy virágcsokrot (vagy egy égő izzót), a doboz külső tetejére pedig helyezzünk egy (üres) virágcserepet (vagy egy üres foglalatot). A tükör megfelelő beállításával elérhető, hogy a virágcsokorról (izzóról) az azonos nagyságú, fordított állású reális kép éppen az üres cserép (foglalat) felett keletkezzék. Így, ha szembenézünk a tükörrel, úgy látjuk, mintha az üres cserépben ott lenne egy virágcsokor (foglalatban égne az izzó). Ha a virágcsokrot szeretnénk leképezni, akkor a dobozban lógó csokrot meg kell világítani (például egy asztali lámpával). Az égő izzó esetén ez nem szükséges. A kísérletet úgy érdemes bemutatni, hogy először a diákok pont a tükörrel szemben állva pillantják meg a kísérletet. Érdemes elterelni a figyelmüket azzal a kérdéssel, hogy a feladat annak megmondása, hogy milyen virág van a vázában, vagy hány wattos a foglalatban lévő villanykörte. Általában ilyenkor fel sem tűnik nekik a csapda. Ezután egy lépéssel arrébb lépve, döbbenten látják, hogy nincs virág a cserépben (vagy égő a foglalatban).

c) Domború tükör képalkotásának bemutatása

A kísérlet célja

A közlekedésből ismert domború tükör leképezését szemléltető kísérletek segíthetik a domború tükör viselkedésének jobb megértését

Szükséges anyagok, eszközök

• domború tükör
• gyertya (állványon), gyufa

Leírás

Helyezzük a gyertyát a domború tükör elé, tetszőleges helyre, de közel a tükör optikai tengelyéhez. A domború tükör valódi tárgyról kicsinyített, egyenes állású, virtuális képet alkot.

Kísérlethez kapcsolódó kérdések

• Melyek a domború tükör nevezetes sugármenetei?
• Milyen a domború tükör által alkotott kép? (kicsinyített/nagyított; egyenes/fordított állású; valódi/virtuális) Hogyan függenek a kép tulajdonságai a tárgytávolság és a fókusz viszonyától?
• Hogyan hozhatunk létre domború tükör segítségével valódi, ernyőn is felfogható képet? Mit jelent a virtuális tárgy fogalma? Hogyan hozható létre?
• Milyen gyakorlati alkalmazásoknál használnak domború tükröt? 

Módszertani kiegészítések

• Domború tükör segítségével is előállíthatunk valódi képet. A domború tükör ugyanis valódi tárgyról virtuális képet, virtuális tárgyról pedig valódi képet hoz létre. A virtuális tárgyat a következőképp állíthatjuk elő: egy 10-15 cm fókuszú gyűjtőlencsével állítsuk elő egy gyertya valódi képét úgy, hogy a tükör közelebb legyen a lencséhez, mint a képtávolság. Ha a tükröt ezután kissé elforgatjuk, akkor a gyertya képe ernyőn felfogható, mivel a visszavert fény így már a gyűjtőlencse mellett halad el.