Jelenség leírása
Mérjük meg a beesési szög függvényében, hogy egy mûanyag vonalzó a ráesõ fény hányad részét veri vissza, hányad részét engedi át, s hányad részét nyeli el!
Eszközök
fényerősségmérő, müanyagvonalzó
Magyarázat
M. 202. Mérjük meg a beesési szög függvényében, hogy egy mûanyag vonalzó a ráesõ fény hányad részét veri vissza, hányad részét engedi át, s hányad részét nyeli el!
Megoldás. A mérés kényes pontja: hogyan mérjük meg a fény erõsségét? A versenyzõk többféle módszer között is választhattak. Voltak, akik egy fényképezõgép fénymérõjét használtál fel a méréshez. Ez közvetlenül lux egységekben mutatja a megvilágítás (egységnyi idõ alatt egységnyi területre esõ fényenergia) nagyságát, sajnos nem túl pontosan. Katona Gergely (ELTE Trefort Á. Gyak. Isk. 12. o.t.) mikroszkóp-tárgylemezek sorozatát helyezte a fénymérõ elé, és sok lemez jól mérhetõ fényelnyelõ hatásából meghatározta, hogy egy-egy lemez a fény mekkora hányadát nyeli el. Ismerve a lemezek áteresztési tényezõjét a tényleges mérésnél (a vonalzó bizonyos szögû helyzeténél) annyi üveglemezkét tett a fénymérõ elé, hogy az egy jól leolvasható egész értéket mutasson. Ily módon a fénymérést visszavezette a mikroszkóp-lemezek számának mérésére.
Mások fényelem, vagy fototranzisztor (és árammérõ mûszer) segítségével határozták meg a vonalzón áthaladó, illetve visszaverõdõ fény erõsségét. Általában feltételezték, hogy az áramerõsség arányos a megvilágítással. Ha nem élünk ezzel a feltevéssel, akkor kalibrálnunk (hitelesítenünk) kell a mérõeszközünket. Ezt meg is tehetjük, ha egy pontszerûnek tekinthetõ fényforrást különbözõ távolságokra helyezünk el a berendezéstõl, és megvizsgáljuk, hogy az áramerõsség a távolság négyzetével fordított arányban csökken-e. Amennyiben igen, a mûszerünk lineárisnak tekinthetõ, ha nem, akkor az eltérésbõl kiszámíthatjuk, hogy az áramerõsség és a megvilágítás között milyen a tényleges kapcsolat.
Bartha Ágnes (Kézdivásárhely, Nagy Mózes Líceum 9. o.t.) különbözõ ideig megvilágított, majd elõhívott fotopapír segítségével 10-es beosztású skálát készített, majd a vonalzón keresztül haladó, illetve azon visszaverõdõ fénnyel megvilágított fotopapír feketedését ezzel a skálával hasonlította össze. Módszerénéz a kérdés merül föl, hogy milyen határok között tekinthetjük a fotopapír megfeketedését a rá esõ fény energiájával arányosnak; mennyire igaz az, hogy a rövidebb ideig erõsebb fénnyel megvilágított fotopapír feketedése ugyanolyan mértékû, mint a hosszabb ideig gyengébb fénnyel megvilágítotté.
Akinek semmiféle fénymérõ mûszer nem állt rendelkezésére, de ismerte a Bunsen-féle zsírfolt-módszert (lásd pl. Budó: Kísérleti fizika I.), ezzel is el tudta végezni a mérést. A módszer lényege: azért látszik egy zsírfolt a papíron, mert a folton keresztül a papír két oldalának különbözõ megvilágítása miatt a környezõ részekhez képest több vagy kevesebb fény jut a szemünkbe. Ha a két oldal megvilágítottsága egyforma, a zsírfolt ,,láthatatlanná'' válik. Ezzel a módszerrel elég pontosan el lehet dönteni, hogy két megvilágítás mikor egyforma erõsségû, s a fényforrás távolságának változtatásával (a reciprok távolságnégyzetes törvény alapján) eltérõ erõsségû fényforrásokat is össze tudunk hasonlítani.
A vonalzón áthaladó, illetve a visszaverõdõ fény erõssége a fenti módszerek valamelyikével mérhetõ, s viszonyítható a vonalzóra esõ fény erõsségéhez. A két érték összege általában kisebb, mint 100 százalék, a különbség a vonalzóban elnyelõdött fényrõl ad felvilágosítást. Néhányan felvetették, hogy a fény egy része szóródik: nem az eredeti irányban halad át a vonalzón, nem is a visszaverõdésnek megfelelõ irányban, de nem is nyelõdik el az anyagban.
Több versenyzõ lézerrel kísérletezett, mert annak fényét (az egységnyi felületre jutó fényáramot) a kicsiny összteljesítmény ellenére erõsebbnek találta, mint az hagyományos fényforrásokét. A lézeres kísérleteknél arra kell ügyelni, hogy a nyaláb nem (vagy csak nagyon kis mértékben) széttartó, emiatt a távolság növekedtével a megvilágítás nem csökken számottevõen. Emellett a lézer fénye polarizált, s a mûanyagvonalzóról visszaverõdõ fény erõssége bizonyos szögeknél érzékenyen függ a polarizáció irányától. Sajnos ezt a jelenséget egyik versenyzõ sem tanulmányozta.
A mérési eredmények azt mutatják, hogy merõleges, vagy ahhoz közeli beesési szögeknél a visszaverõdés csak néhány százalékos, a fény kb. 80 százaléka áthalad az anyagon, tehát az elnyelt fény mennyisége kb. 20%. Nagyobb szögeknél a visszaverõdés egyre meghatározóbbá válik. Az elnyelés mértéke eleinte nõ (már csak azért is, mert a fény hosszabb utat tesz meg az anyagban), nagyobb beesési szögeknél azonban (a teljes beesõ fény mennyiségéhez viszonyítva) ismét elhanyagolhatóvá válik.
A mérés pontosságára a szögmérés, a távolságmérés, fotodiódás módszernél az árammérés hibájából következtethetünk. Ezekhez járulnak még szisztematikus hibaforrások (pl. a fénymérõ kalibrációjának elmulasztása). Sok megoldó megfeledkezett arról, hogy az általa mért adatok pontosságáról nyilatkozzon, a hiba nagyságrendjére becslést adjon.
