A fotografáló kamra és a fotografálás.

A sötét kamra (1. a 161. lapon), mellyel a fény egyenes terjedését igazoltuk, lényegében már fotografáló gép, csakhogy az említett hibák miatt gyakorlati célokra nem használható. Ha azt akarjuk, hogy a kép éles is legyen és erős fényű is, akkor a nyílás helyére lencsét kell tenni (174. ábra, L).

175. ábra. Kodak-kamra.

174. ábra. A fotografáló kamra.

Ez a fotográfus gép objektívje, mely fordított képet hoz létre a szemben levő tej üveglemézen (P). Minthogy a különböző távolságban levő tárgyak képének helye is változó, a lemezt a kamra összetolásával vagy kihúzásával az éles kép helyére kell állítani. 175. ábránk a Kodak-kamrát ábrázolja. Minden gépben az objektív természetesen nem egyetlen lencse, hanem a hibák kikerülése végett lencserendszer, pl. a Zeiss-féle anasztigmát.

A fotografálás eljárása a fény vegyi hatásán alapszik. Az ezüst sóinak az a tulajdonsága van, hogy ha fény esik rájuk, szétbomlanak, az ezüst fekete por alakjában kiválik. Az ezüstsót (ezüst jodid, chlorid, bromid) zselatinban elkeverve üveglapra kenik.

Ez a fény iránt érzékeny fotográfus-lemez, melyet a kamrában, miután az éles képet előállítottuk, a tejüveg helyére kell tenni. Ha a fényt a lencsén át a lemezre engedjük, akkor a tárgy világos helyeiről jövő fény a lemezen bomlást okoz. Ennek az exponálásnak ideje a fény erősségétől függ, erős fényben igen rövid ideig tart. Ezalatt a bomlás még nem tökéletes, az előhívás célja a bomlást befejezni. A felbomlatlan sót még le kell mosni (rögzítés, fixálás), mert különben a lemez a napfényen itt is megfeketedik. Ezen a lemezen éppen azok a helyek sötétek, ahol fényt kapott, a többi rész világos marad. Tehát a tárgy világos helyeinek a lemezen sötét részek felelnek meg és fordítva. Azért hívjuk ezt a lemezt negatívnak. Tegyünk a negatív lemez alá másik, fény iránt érzékeny lemezt és ejtsünk rá napfényt (másolás). A negatív sötét helyei a fényt nem engedik át, az alsó lemez itt világos marad. A negatív világos részein áthaladó fény pedig megfeketíti az alsó lemezt. Ez a lemez tehát visszakapja a tárgy árnyalatait, azért pozitívnak nevezzük. Lemosása után a kívánt fotográfiát kapjuk. Ha a pozitív másolatot üveglemezre készítjük, akkor diapozitívot kapunk.

A színes fotográfia.

A közönséges fotográfia csak világosabb és sötétebb árnyalatokat mutat, ezért régi törekvés, hogy olyan fotográfiát készíthessünk, amely a tárgy színeit is visszaadja. Az első akadály az volt, hogy a közönséges lemez nem minden szín iránt egyformán érzékeny. Így a vörös fény alig hat rá, azért történik az előhívás és rögzítés vörös fénynél. Először is olyan lemez kell, amely minden szín iránt egyformán érzékeny. Ezt Vogel azzal érte el, hogy az érzékeny rétegbe kátrányfestékeket kevert. Ilyenek pl. a vörös színű eozin, a kékes pinochrom stb. Ezek a szenzibilizátorok. Ugyanis csak az a fény létesít bármilyen hatást, amelyet a test elnyel. A közönséges lemez érzékeny rétege a vörös fényt nem nyeli el, de a szenzibilizált lemez minden színt elnyel.

Színes képek előállítására hármas felvétellel sikerült egyszerű és használható módszert kidolgozni. Ismeretes, hogy három alapszínből bármely más színt elő lehet állítani. Az alapszínek a vörös, zöld és kék. Pl. a vörös és zöld keveréséből sárga keletkezik, a három együtt fehéret ad. A felvételekhez fényszűrők kellenek, vagyis olyan rétegek, amelyek csak egy színt bocsátanak át. A szűrő igen vékony festett zselatinréteg, amelyet a lemeztokban helyeznek el, de lehet kátrányfestékkel megfestett víz is. A tárgyról három felvételt készítenek. Először csak vörös fényt engednek át, másodszor csak zöldet, végül csak kéket. A három felvétel különböző árnyalatú. A vörös fényben készült negatívon a tárgynak vörös részletei feketék, mert a vörös helyekről a lemezre fény jutott, ellenben a kék és zöld részek a negatívon világosak. A felvételeket lehet egymás után készíteni, de akkor a tárgy vagy a gép közben elmozdulhat. Ezért külön felvevőgépeket szerkesztettek. Így Miet h e eljárásában a három felvétel ugyanazon a lemezen készül egymás alatt. A felvételekről vetítés céljára diapozitíveket készítenek. A vetítőgépnek három lencserendszere van. Vetítés közben mindegyik lemez elé ismét fényszűrőt tesznek. Az egyik kép külön mutatja a tárgy vörös részleteit, a második a zöld, a harmadik a kék részeket. A három képet a vetítőernyőn tükrökkel egymásra helyezik.

Utóbb a színes diapozitívek készítése új utakon haladt. Üveglapon rajzoljunk egymás mellé vörös, zöld és kék vonalakat. Ha a vonalak nagyon közel esnek egymáshoz, nem látjuk őket külön, hanem fehérbe folynak össze. Ez a színes rács, melyet annyira fejlesztettek, hogy 50 vonal is esik 1 mm-re. Jobb a Lumiére testvérek háromszínű rácsa, amely nem vonalakból, hanem sűrűn eloszló színes foltokból áll. Valószínűleg úgy készül, hogy igen finom keményítő szemeket részben vörösre, részben zöldre, részben pedig kékre festenek és ezeket tapadó anyaggal bevont üveglapra hintik, majd annyira kefélik, hogy sima legyen. Az egyes színek egészen rendezetlenül kerülnek a lemezre.. A színes rácsot és a fény iránt érzékeny ezüstsót ugyanarra a lemezre egymás fölé rétegezik. Ez az autochrom lemez. A fény a színes rácson át jut az érzékeny rétegre. A vörös fény csak a vörös szemecskék alatt jut az ezüstsóra, amely itt megfeketedik, a zöld és kék szemek alatt a lemez világos marad. Ugyanezt mondhatjuk a zöld és kék színre. A negatívot úgy rögzítik, hogy a kiválasztott ezüstsót eltávolítják és a megmaradt réteget megfeketítik.

Így rögtön pozitív képet kapnak. Tehát a három felvétel ugyanazon a lemezen van a megfelelő színű szemcsék alatt. Az apró színes foltok szemünkben összeolvadnak és színes benyomást keltenek. De ez a kép is csak vetítésre alkalmas. A papíron előállítható színes kép még messze van a gyakorlati megvalósítástól.

A szem.

Szemünk lényegében fotografáló kamra. Az egész szemgolyót (176. ábra) átlátszatlan réteg veszi körül, a szemfehér (Sc), melynek csak elül levő, kissé kidomborodó része, a szaruhártya (C) átlátszó. A külső réteg alatt van az erekben gazdag érhártya, melynek elülső részén van a gyűrűalakú, színes szivárványhártya (iris, I).

176. ábra. A szemgolyó.

Ennek színe adja meg a szemnek kék, barna, fekete, szürke, zöldes stb. színét. A szivárvány hártya belsejében nyílás van, a pupilla, amely a fotografáló kamra diafragmájának felel meg. Erős fényben a pupilla összehúzódik, gyenge fényben kitágul. A pupilla mögött van a szemlencse (L). A szemgolyónak előtte levő részét a víznedv, belső részét a kocsonyaszerű üvegtest (Ü) tölti ki. A szemgolyó belső fala az ideghártya (retina, R), mely a hátul (O) belépő szemideg szétágazó, finom idegszálaiból áll.

Szemünk tehát lencserendszer, melyben a szemlencsén kívül a víznedv és üvegtest is mint lencse működik. Ha szemünket nyugodtan tartjuk, akkor a főtengellyel párhuzamos sugarak a golyó belső pontjában egyesülnek. Ez a lencserendszer gyújtópontja. Az a fénynyaláb, amely az előttünk levő testről jön, a szaruhártyán, pupillán és a lencserendszeren át az ideghártyára esik, az idegszálakat ingerli, ez az inger pedig a szemidegen át az agyba jut, ahol a látás érzete keletkezik. Ahhoz, hogy a tárgyat tisztán lássuk, az kell, hogy a tárgyról jövő sugarak az ideghártyán egyesülnek, vagyis a tárgy éles képe éppen az ideghártyára essék.

Az ideghártyának nem minden része egyenlően érzékeny. Az a hely (O), ahol a szemideg belép, egyáltalában nem fog fel ingert, ez a vakfolt. Közelében van az ideghártyának legérzékenyebb helye, a sárga folt (S). Ha a tárgynak valamelyik részét különösen élesen akarjuk látni, akkor a szemgolyót a külső, hozzátapadt izmok segítségével úgy forgatjuk, hogy ennek a résznek képe a sárga foltra essék.

A tárgyak különböző távolságban vannak, de éles képüknek mindig az ideghártyára kell esnie. Ezt úgy érjük el, hogy szemünk a lencsét a ciliaris izmok segítségével változtatja.

A szemlencse nyugodt helyzetben majdnem plankonvex. Körülbelül 25 cm-nyire van az a pont, amelyből jövő sugarakat a szem nyugodt állapotban a retinán egyesíti. Ez a tiszta látás távolsága, egészséges szem ennek a könyvnek betűit ekkora távolságból megerőltetés nélkül látja. Más távolságnál a szemlencsét a távolsághoz be kell állítani. Ez a szemnek alkalmazkodása (akkommodálás), melynek határai vannak. Ha ezt a könyvet szemünkhöz 25 cm-nél közelebb tartjuk, még el tudjuk olvasni. De kb. 10 cm az a legkisebb távolság, amennyire szemünk még alkalmazkodni tud, vagyis 10 cm-nyire van a középpont. Még közelebb levő tárgyakat az egészséges szem nem lát jól. Viszont az óriási távolságban levő állócsillagokat még tisztán látjuk, tehát a távolpont, vagyis az a legmesszebb levő pont, amelyet még látunk, igen messze van.

Nem minden szemnek van ekkora alkalmazkodó képessége. A közellátó szem csak a közeli pontból (177. ábra, A) jövő, tehát erősen széttartó sugarakat tudja az ideghártyára egyesíteni. A messzebb levő B pontból jövő, kevésbé széttartó sugarak már az ideghártya előtt egyesülnek és így az ideghártyán a kép elmosódott. Az ilyen szem elé szórólencsét kell tenni, hogy a távolról jövő nyalábot széttartóbbá tegye.

3 dioptriás szemüveg azt jelenti, hogy a lencse gyújtótávolosága 1/3 méter. Általában a dioptriák száma a méterben kifejezett gyújtótávolság fordított értéke. A messzelátó szem éppen fordítva, csak a messziről jövő, tehát kevéssé széttartó nyalábot tudja az ideghártyára egyesíteni. A közeli pontból jövő, erősen széttartó nyaláb az ideghártya mögött egyesül. Az ilyen nyalábot gyűjtőlencsével kevésbé széttartóvá kell alakítani, hogy az ideghártyán éles kép keletkezzék. A kétféle lencsét úgy szokták megkülönböztetni, hogy a gyűjtőlencse dioptriáját + jellel közlik (pl. + 4 D), a szórólencséét pedig — jellel (pl. —5 D). 179. ábra. Stroboszkop.

A mikroszkóp.

Nagyon kicsi tárgy részleteit szemünk nem tudja meglátni. Ilyenkor szemünket nagyítóval fegyverezzük fel. Az egyszerű nagyítót már ismerjük. Ha ekkora nagyítással nem elégszünk meg, akkor összetett nagyítót, mikroszkópot használunk (180. ábra). Alul levő forgatható tükörrel (Tü) a vizsgált lemezt (T) erősen megvilágítjuk. A lemezt kis asztalkára (A) helyezzük. Maga a mikroszkóp két lencséből áll (helyesebben lencserendszerből). Az alsó lencse, amely a tárgy felé fordul, a tárgylencse (objektív), a tubus (Tu) felső végén pedig, ahova szemünket tartjuk, a szemlencse (sz, okulár) van. A kép a következő módon jön létre. A tárgylencse (181. ábra, T) előtt van a kis tárgy (lpq) a gyújtóponton (F₁) kívül. Tehát az objektív valós, fordított képet hoz létre (l' p’ q’), amennyiben az l és g pontokból kiinduló sugárnyaláb l’ és q’ pontokban egyesül . Ez a valós kép a szemlencsére (Sz) nézve mint tárgy szerepel. A szemlencse mint lupa szerepel, tehát a tárgy (l' p’ q’) a gyújtópontján (F’₁) belül esik és egészen úgy, mint 173. ábránkon láttuk, képzetes kép (l” p" q”) áll elő. Ezt látjuk, tehát ennek a tiszta látás távolságában kell lenni. Az első mikroszkópot valószínűleg J a n s e n, holland optikus szerkesztette 1590-ben.

Az immerziós mikroszkópban, melyet Hartnack fedezett fel 1861-ben, a tárgy és az objektív közti teret folyadék tölti ki. Ezáltal a kép élesebb, a mikroszkópba több fény jut. Különösen olyan folyadék célszerű, amely a fényt ugyanúgy töri meg, mint az üveg. Ilyen a cédrusfaolaj, melyet Abbé használt először.

A mikroszkópiának határa van, 0,00025 mm-nél közelebb eső pontokat szétválasztani nem lehet. További lépést az ultramikroszkóp jelent, melyet Siedentopf és Zsigmondy szerkesztettek. A fényforrás (182. ábra, I) fényét gyűjtőlencse (L) egy pontba tereli, még pedig oda, ahol a közönséges mikroszkóppal már nem látható, ultramikroszkopikus részecske van.

80. ábra. Mikroszkóp.

Ez a fényt elhajlítja. Az elhajlított fényt mikroszkópban (M) figyeljük, melynek tengelye merőleges a megvilágító lencse tengelyére.

A közönséges mikroszkópban a tárgyat világos mezőben sötéten látjuk. Az ultramikroszkópikus eljárásnál a részecske mint világos pont látszik sötét mezőben. Alakját nem is lehet felismerni, mert itt csak pontot látunk, tehát a részecske helyét ismerhetjük fel, de a kép nem hasonló a tárgyhoz.

A messzelátók.

Ha a tárgy nagyon messze van, pl. csillagot nézünk, akkor a szemünkben a nagy távolság miatt olyan kis kép jön létre, hogy nem ismerhetünk fel rajta részleteket, vagy nem elég tisztán. Ilyenkor szemünket messzelátóval támogatjuk, hogy a tárgy képét a tiszta látás távolságába hozzuk. A messzelátó felfedezőjét nem ismerjük, csak azt tudjuk, hogy Hollandiában egyszerre ketten kértek rá szabadalmat 1608-ban.

183. ábra. Galilei-féle messzelátó.

Galilei ismerte fel először a messzelátó fontosságát, 1609-ben szerkesztett is egyet, melyet mint színházi messzelátót ma is használnak.

A tárgylencse nagynyílású domború lencse. A nagy nyílás azért kell, hogy a látómező kiterjedt legyen. A domború lencse a messze levő tárgyról (183. ábra, AB) kis valós képet (ab) ad. Ez a kép a valóságban nem is jön létre, mert a sugarak útjában homorú szemlencse van, mely a sugárnyalábot szétszórja és képzetes képet (a’ b’) ad.

Evvel a messzelátóval csak kisebb mértékű nagyítást lehet elérni.

A csillagászati messzelátó Kepler-től ered. A tárgylencse itt is nagynyílású domború lencse. Nem is lehet másféle, mert a tárgylencsének valós képet kell adnia, hogy ezt a szemlencsén nézhessük. A tárgylencse (184. ábra, T) a messze levő tárgyaknak (AB) valós képét adja (ab) a tárgylencse gyújtópontján (F'₁) kívül.

185. ábra. Zeiss-féle trieder.

A szemlencsével (Sz) ezt a valós képet mint nagyítóval nézzük és a lencsének ugyanazon az oldalán képzetes képet (a’ b’) látunk. Azok a hibák, amelyek minden lencsében megvannak, eleinte akadályozták a nagyítás fokozását, mert a hibák is megnövekedtek. Kénytelenek voltak igen nagy gyújtótávolságú (20 m) lencséket használni. Így keletkeztek a 30—40 méteres és még hosszabb messzelátók. Utóbb, mikor a lencsék hibáit sikerült elkerülni, ezek a nehézségek fokozatosan megszűntek.

Kézi használatra ezek a messzelátók nagy hosszuk miatt nem alkalmasak. A Zeiss-féle triederben (185. ábra) a nagy hosszúságot teljesen visszaverő hasábokkal rövidítik meg.

A lencsék (a szemlencse, b tárgylencse) olyanok, mint a csillagászati messzelátóban, természetesen egy lencse helyett a hibák kiküszöbölése végett lencserendszert készítenek.

Newton a kezdeti nehézségeket más úton hárította el. Valós képet domború lencsén kívül homorú tükörrel is lehet előállítani.

186. ábra. Newton-íéle reflektor.

Newton a domború tárgylencsét homorú tükörrel pótolta. A tárgyról jövő sugarak homorú tükörre (186. ábra, ss) esnek, mely valós képet (a) ad. Közbe helyezett tükör (p) a sugarakat lefelé veti úgy, hogy a valós kép b helyen áll elő. Ezt a képet most is szemlencsén (o) át nézzük. Az ilyen messzelátót, melynek tárgylencse helyett visszaverődésen alapuló tükre van, reflektornak nevezzük, (reflecto lat. = visszaver). Az előbbi messzelátók, melyekben csak fénytörésen alapuló lencsék vannak, a refraktorok (refractus lat. = megtört).

A zenei hang.

Az előbbiekben csak a hang és fénysugár irányát vizsgáltuk, most fizikai természetüket akarjuk vizsgáim.

A hang, mely pisztoly elsütésénél, golyó koppanásánál stb. keletkezik, éppen nem mondható kellemesnek. Ellenben húr, síp megszólaltatása kellemes zenei hangot ad. Eelvethetjük tehát azt a kérdést, mi idézi elő a zenei hang kellemes érzetét.

Köralakú fémlapot, melyben körök mentén egyenlő távolságokban fúrások vannak, erősítsünk forgó kerékre (187. ábra). Forgassuk ezt a Seebeck-féle szirénát és vékony nyílású csövön át fujitassunk rá levegőt, akkor zenei hangot kapunk. A csőből kiáramló levegő, ha nyílás kerül eléje, meglöki a korong mögötti levegőt. A levegő egyenlő időközökben megismétlődő, tehát periodikus lökéseket kap, amelyek hanghullám alakjában elterjednek és dobhártyánk is periodikus lökéseket érez. Ez a jellemző a zenei hangra, ez különbözteti meg a zörejtől, koppanástól stb., amikor csak néhány szabálytalan lökés éri fülünket. Minden zenei hangszer periodikus mozgást végez, amint ezt pl. a hangvillán könnyen kimutathatjuk. Hangvilla egyik szárára erősítsünk kis tűt. Ha a villát rezgésbe hozzuk, a tű a villával együtt rezeg. Kormozzunk meg üveglapot gyertyaláng fölött, tartsuk a hangvillát úgy, hogy a tű vége gyengén a lapra érjen és húzzuk el a lapot, akkor a hangvilla rezgéseit a lapra írattuk, a lapon hullámvonalak sorát látjuk. A hangvilla minden rezgés alatt egy-egy hullámvonalat ír a lapra. Ahhoz, hogy zenei hangot érezzünk, a periodikus lökéseken kívül még az kell, hogy a lökések száma másodpercenként legalább 16—20 legyen és 15—20 ezret ne múljon felül.

187. ábra. A Seebeck-féle sziréna.

Több lökést nem tudunk felfogni, mert dobhártyánk tehetetlenségénél fogva nem tudja a még gyorsabb rezgéseket követni. A legmagasabb rezgésszám egyénenként változó, van olyan fül, amely 30.000 rezgést is felfog.

Üssük meg hangvillánkat és figyeljük meg hangját. Ha erősebb ütéssel a hangvillát nagyobb rezgésbe hozzuk, akkor erősebb hangot hallunk. Ugyanezt tapasztalhatjuk a zongora húrján is. A hang erőssége a zenei hang egyik tulajdonsága és attól függ, hogy a hangforrás mekkora rezgéseket végez. Szerezzünk egy kisebb és egy nagyobb méretű hangvillát vagy sípot, mind a kettő ugyanazt a hangot adja, pl. az úgynevezett kamara a hangot. A nagyobb tömegű hangvilla erősebb hangot ad, tehát a hang erőssége a rezgő tömeggel is nő. A nagyobb méretű sípban nagyobb levegőtömeg rezeg, ezért erősebb a hangja.

Most szólaltassuk meg a zongora két húrját. Tisztán érzetünk alapján a nélkül, hogy a hang keletkezéséről bármit is tudnánk, az egyik hangot magasabbnak, a másikat mélyebbnek tartjuk. A fizikus persze azt kérdezi, mi idézi elő a két hangérzetnek ezt a különbségét. A sziréna majd erről is felvilágosít. Forgassuk a gépet állandó sebességgel, tartsuk a fújtató csövet először belső körön levő nyílások elé, majd külső körhöz. Az előbbi esetben kevesebb nyílás halad el mp-ként a cső előtt, mert a belső körön kevesebb fúrás van. Az első hangot mélyebbnek érezzük. Tehát a hang magassága attól függ, hány rezgés éri másodpercenként fülünket. Mennél nagyobb a rezgések száma, annál magasabbnak ítéljük a hangot. A kamara a hang abszolút magassága 435, ami azt jelenti, hogy a hangforrás (síp, húr, hangvilla stb.) mp-ként 435 teljes rezgést végez és így fülünk is 435 lökést kap.

A zenében nem mindenféle hangot használnak. Már az ókorban összeállították a zenei hangok sorát, a hangskálát, melyben a hangok növekedő magasság szerint következnek. A hangok elnevezése és relatív magassága a következő :

A relatív magasság azt jelenti, hogy a d hang 9/8-szor magasabb, mint az alapul vett c, az e 5/4-szer magasabb c-nél stb. A sor végén levő c az alaphangnál kétszer magasabb, az alaphang oktávja. Ha az a hang kamara a, akkor az egész skálában a hangok abszolút magassága (rezgésszáma mp-enként) a következő :

Az eggyel mélyebb skálában mindegyik hang rezgésszáma fele ekkora, az eggyel magasabb skálában pedig kétszer ekkora. A hangoknak ez a sora a diatónikus hangskála.

A hangokra még a következő elnevezéseket is szoktuk használni:

Az olasz jelölés pedig a következő :

Az imént mindegyik hang magasságát az alaphanghoz viszonyítottuk, vagyis azt néztük, hányszor magasabb valamely hang, mint az alaphang. Most nézzük meg, hányszor magasabb valamely hang az előtte levőnél. Ha pl. azt keressük, hányszor magasabb az e hang a d-nél, akkor a két magasságot egymással elosztjuk : 5/4 : 9/8 = 10/9. Ez a d és e hangok hangköze (intevallum). Így az egymás után következő hangok közt a következő hangközöket kapjuk :

Háromféle hangközt látunk : 9/8 a nagy egész, 10/9 a kis egész és 16/15 a nagy fél hangköz. (A kis fél 25/24, itt nem fordul elő.) Ennek az a hátránya, hogy nem tudunk akármekkora hangközzel tovább menni. Az e-től felfelé nem lehet egész hangközzel haladni, f-től felfelé nincs fél hangköz. Ezért a diatónikus skálát kiegészítették kromatikus hangskálává azáltal, hogy ott, ahol egész hangköz van, egy-egy fél hangközt közbeiktattak :

Ha c-től felfelé megyünk, kapjuk cis-t, ha pedig d-től lefelé megyünk, kapjuk des-t. Ez a két hang közel van egymáshoz, de nem egyező.

Minthogy az egész hangközök is még különbözők voltak, azért a kromatikus skálában szereplő fél intervallumok is eltérők. A hegedűsök helyette olyan hangskálát használnak, amelyben minden fél hangköz egyenlő. Ez a temperált hangskála.

Az erősségen és magasságon kívül a zenei hangnak még egy tulajdonsága van. Ha különböző hangszereken kamara a-t szólaltatunk meg, a gyakorlatlan fül is felismeri, hogy az egyik hegedű, a másik síp stb. hangja, mert a különböző hangszerekből eredő hangoknak más színezete, van.

A fizikusnak arra a kérdésére, mi idézi elő a színezetbeli különbséget, akkor felelhetünk, ha a zenei hangforrásokat közelebbről megismertük. Kezdjük ezt a feladatot a húron.

A húr.

A hegedűn különböző anyagból készült, más más vastagságú, végig egyforma keresztmetszetű szálakat, húrokat látunk. Mitől függ a húr hangjának magassága? A hegedűs, mielőtt játszani kezd, húrját hangolja, mégpedig úgy, hogy feszítését változtatja. Játék közben a hangokat úgy kapja, hogy vagy a húr hosszát ujjának leszorításával változtatja, vagy másik húrrá megy át.

188. ábra. A monokord.

Ebből azt látjuk, hogy a húr hangjának magassága a kifeszítő erőtől, a húr hosszától, vastagságától és anyagi minőségétől (sűrűségétől) függ. Ha még azt is tudni akarjuk, hogyan függ a hangmagasság mindezektől a tényezőktől, akkor a monokordon kell kísérleteznünk.

Ha a húrt a levegőben szabadon kifeszítjük, akkor csak nagyon gyenge hangot hallunk. Ezért a hegedű húrjait a hangszekrényre szerelik, hogy ennek levegője a húrral együtt rezegjen és erősítse a hangot. A monokordnak mindössze egy húrja van, hosszúkás zengeszekrényre szerelve (188. ábra). A húrt csigán vetjük át és megterheljük, hogy ki legyen feszítve. A feszítő erő növelésekor a hang magasabb. Ha az eredeti hang oktávját akarjuk, vagyis kétszer magasabb hangot, akkor a feszítő erőt négyszer nagyobbra kell venni. Háromszor magasabb hangot pedig kilencszer nagyobb feszítő erőnél nyerünk.

A húr hosszát úgy lehet változtatni, hogy a húr mentén nyerget tolunk (lásd az ábrán). Szólaltassuk meg a húrt és jegyezzük meg hangjának magasságát. Ha ennek a hangnak szekundját akarjuk, vagyis 9/8-szor magasabb hangot, akkor a húrt az eredeti hosszának 8/9 részére kell megrövidíteni. A tercet (5/4) akkor kapjuk, ha a húr hossza az eredetinek 4/5 része s. i. t. Ha a húr hosszát éppen felére csökkentjük, akkor az első hang oktávját halljuk. Látjuk tehát, hogy a húr hangjának magassága a hosszával fordított arányban változik. Éppen így meggyőződhetünk arról, hogy vastagabb húr mélyebb hangot ad. Ha pedig a húrt nagyobb sűrűségű anyagból vesszük, akkor is mélyebb a hangja.

189. ábra. A húr alaphangjának rezgése.  190. ábra. A húr első felhangjának rezgése.

A hegedű legmélyebb hangjait olyan húrral keltik, amely fémdróttal van körülcsavarva. Ennek az a célja, hogy a húr anyagának sűrűségét növeljük.

De ezzel még a húr rezgését nem írtuk le. Szólaltassunk meg egy húrt, azután érintsük meg gyengén papírlap élével. Az eredeti hangot evvel elfojtottuk, de a húr nem némult el, hanem az előbbi hang oktávját halljuk, bár jóval gyengébben. Ez a hang kezdetben is megvolt, csak az érintéssel elfojtott erősebb hang túlhangozta. A magyarázatot nem nehéz megadni. A húr két végén be van fogva, ezek a pontok tehát egyáltalában nem rezeghetnek. A húr úgy rezeghet, mint 189. ábránk mutatja, vagyis a húron fél-hullám fejlődik ki. De lehetséges az is, hogy a húr két félhullámmal (190. ábra), három félhullámmal rezeg stb., mert ezek az alakok is megfelelnek annak a feltételnek, hogy a két vég állandó nyugalomban van. Előbbi kísérletünk azt mutatja, hogy ezek a hullámok valóban létre is jönnek. Ha tehát a húrt megszólaltatjuk, nem egyetlen hullám keletkezik, hanem a hullámoknak sora. Az első hullám kelti a legmélyebb hangot, amely egyúttal a legerősebb is. Ez a húr alaphangja, amelyet többnyire röviden a húr hangjának mondunk. A többi hullám magasabb és gyengébb hangokat kelt.

Ezek a felhangok, amelyek az alaphanghoz hozzájárulnak, színezik. Az első felhang a húron kétszer, a második felhang háromszor magasabb, mint az alaphang stb. A leírt eljárással tehát az alaphangot megszüntettük és ekkor az első felhangot külön hallottuk.

A sípok.

Ha üvegcső vagy kivájt kulcs fölött a levegőt elfújjuk, akkor a cső hossza szerint magasabb vagy mélyebb hangot hallunk. Ezt a hangot a csőben levő levegő rezgése kelti, a levegőt pedig a fúvással hoztuk rezgésbe. A cső már az ajaksíp lényege. A gyakorlatban a sípok levegőjét máskép hozzuk rezgésbe, hogy tiszta hangot halljunk. 191. ábránk az ajaksíp rajza, jobboldalt a síp átmetszetét látjuk. A sípcső fala alul ékben végződik, az ék végén kis, vízszintes nyílás van, a síp ajka. Belül a nyílással szemben ék van. Az alulról befújtatott levegő a kis nyíláson át, mint a nyilak mutatják, részben kiáramlik, részben pedig a sípcső levegőjét rezgésbe hozza. A szerint, hogy a cső felül zárt vagy nyitott, fedett és nyílt ajaksípot különböztetünk meg. Hogyan rezeg a csőben a levegő, erre a kérdésre külön kell a kétféle sípnál válaszolnunk.

191. ábra. Az ajaksíp.

A síp ajkánál, ahol a levegőt rezgésbe hozzuk, a levegő mindenesetre élénken rezeg. A fedett sípban a cső másik végén a fedő a levegőt gátolja a fel-alá rezgésben, ezen a helyen a levegő kénytelen állandóan nyugalomban maradni. A nyugvó ponttól a legközelebbi élénk rezgésű helyig negyedhullám fejlődik, amint ezt 192. ábránk vázolja. A sípcső hossza tehát a hullámhossz negyedrésze. Ha most a hang magasságát, vagyis a rezgések számát mp-enként keressük, tekintetbe kell vennünk, hogy minden hullámmozgásnál

192. ábra. A levegő rezgése a fedett síp alaphangjánál.

A mi példánkban a hullámhossz a sípcső hosszának négyszerese. Látjuk, hogy ha a cső hossza nagyobbodik, akkor a hang magassága ugyanolyan arányban csökken (mert a tört értéke kisebbedik, ha a nevező nagyobbodik).

A nyílt ajaksípon egészen más viszonyokkal találkozunk. A levegő rezgését úgy lehet megállapítani, ha a sípcsőben papíralapú tányért, melyre homokot hintünk, különböző helyekre állítunk (194. ábra). Mikor a tányér a cső felső végén van, a homok élénken felfelé ugrál, tehát itt a levegő, amely a papírlapba ütközik, erős rezgésben van. Középen a homok nyugalomban marad, az alsó végen ismét élénken rezeg. Azt a pontot, melyben a levegő állandóan nyugalomban van, csomópontnak nevezzük.

Tehát a nyílt ajaksípban középen csomópont, a két végen pedig élénk rezgés van (195. ábra). Ekkor a csőben a hullámhossznak fele képződik, más szóval a keletkező hang hullámhossza a sípcső hosszának kétszerese.

A hangmagasságra vonatkozó előbbi összefüggésben tehát a tört nevezője a cső kétszeres hossza és így most is a hang magassága a cső hosszával fordított arányban változik.

Ehhez az egy rezgéshez, az alaphanghoz ismét a magasabb hangok sora járul, mert a két végen élénk rezgés úgy is lehet, ha a csőben két félhullám (196. ábra), vagy három félhullám stb. keletkezik. A felhangok sora tehát kétszer, háromszor stb. magasabb hangokból áll.

197. ábra. Nyelvsíp.

A sípoknak másik csoportja a nyelvsíp (197. ábra). Rugalmas lemez, a síp nyelve (z) hosszúkás dobozt (a b) fed be.

198. ábra. A gégefő.

A lemez hosszát drótfogóval (n) lehet változtatni, ha különböző magasságú hangokat akarunk. A rezgő lemez nagyon gyenge hangot adna, ha szabadon rezegne. Ezért szélesebb csőbe zárják (A) és ezt még a fedőben levő nyílásba (c) illő csővel (B) toldják meg.

A nyelvet úgy hozzuk rezgésbe, hogy alul levegőt fújtatunk be.

Ilyen nyelvsíp az emberi hangszerv is (198. ábra). A gégecső (b b) felső végét hangszalagok (c c) zárják el, melyek a sípnyelvnek felelnek meg. A hangszalagok közt van a hangrés (o). Fújtatóként a tüdő működik. A különböző hangokat a száj üreg más-más helyzeténél kapjuk. Az emberi hang igen gazdag felső hangokban, tehát a keletkező rezgés meglehetősen bonyolult.

A hangok tanulmányozására igen célszerű eszköz Edison fonográfja. Hangtölcsérnek keskenyebb végét rugalmas csillámlemez zárja el, melynek közepéből kis tű nyúlik ki. A tű hegye viaszhengerhez ér, melyet külön óramű forgat és eltol. E közben a tű a viaszhengerben levő barázdán végigmegy. Ha a hangtölcsérre rábeszélünk, akkor a csillámlemez és a tű rezeg és rezgéseit beleírja a viaszhengerbe. A különböző magánhangzóknál beírt rezgéseket 200. ábránk mutatja.

A rezonancia.

Az előbbiekben hallgatagon már többször alkalmaztuk, a rezonanciát, amely a hullámok körében nagy szerepet játszik. Lényege elég egyszerű. Állítsunk egymás mellé két hangvillát, amely ugyanazt a hangot adja. Az egyiket szólaltassuk meg, akkor rövid idő múlva a másik is hangzik. Ha az első villát megfogjuk, a másiknak hangját magában halljuk.

A második hangvilla, mint mondani szoktuk, az elsőre rezonál. A második hangvilla, mikor rezeg, energiát kapott. Tehát a rezonancia jelenségét úgy foghatjuk fel, hogy a második hangvilla az első villa energiájának egy részét átvette. Nem az a lényeges, hogy mind a két hangforrás hangvilla legyen, lehet akármilyen két hangszer. A lényeges az, hogy a két hangforrás ugyanazt a hangot adja. Ha valaki nyitott zongora mellett tisztán és erősen a kamara re-t énekli, akkor a zongora a húrja az énekhangra rezonál. Hangoljuk el kissé az egyik hangvillát úgy, hogy kis viaszgolyót ragasztunk az egyik szárára. A rezonancia sokkal gyengébb lesz. Ha a két hang magasságának különbségét az élhangolással fokozzuk, a rezonancia egészen elmarad.

Lássuk most a rezonancia magyarázatát. De előbb tekintsük a következő mechanikai analógiát. A kis gyerek is meg tudja szólaltatni a nagy harangot. A harang nyelvét először meglöki a lelógó kötél segítségével és így a nyelv kis ingalengéseket végez. A gyerek megvárja, míg az inga egy teljes lengést elvégzett, ekkor a kötelet az előbbi irányban újra megrántja. Így az inga lengése nagyobbodik. Vagyis a gyerek a kötelet ugyanolyan időközökben rántja ide-oda, amilyen időközökben az inga ide-oda leng. Végül a lengés már olyan tágas, hogy a nyelv a harang falához ér. A lényeges ebben a jelenségben az, hogy az inga saját lengéseit végzi és közben kívülről periodikusan erő hat rá, még pedig a külső erő (lökések) periódusa ugyanaz, mint az ingalengésé. Ha a gyerek másféle időközökben rántaná meg a kötelet, akkor az egyik lökés az inga lengését erősíti, a másik gyengíti. Az inga lengése nem érné el azt a tágasságot, hogy a nyelv a haranghoz ér.

Egészen hasonlóak a viszonyok a rezonancia esetében is. Az első hangvilla a levegőben hanghullámot indít, amely a második hangvillát meglöki. Ez a villa nagyon kis rezgéseket végez. Minthogy a két hangvilla rezgésszáma egyenlő, minden következő lökés akkor érkezik, mikor a második hangvilla egy-egy rezgést befejezett. Így minden lökés a rezgést erősíti. Végül a rezgés már olyan erős, hogy a hang hallható. Ha a két hangforrás különböző magasságú, akkor a lökések a második hangvilla rezgéseit hol erősítik, hol gyengítik, tehát a második hangvilla nem szólal meg.

A magában rezgő hangvilla gyenge hangot ad, csak fülünkhöz tartva halljuk. Ha erősebb hangot akarunk, a villát hangszekrényre állítjuk (lásd a 154. ábrát). A szekrény nagyságát mindegyik villához külön kell méretezni, hogy a benne levő levegő a villára rezonáljon. Azt a csövet, amelyet a nyelvsípra illesztettünk, szintén úgy kell megválasztani, hogy a síp hangjára rezonáljon.

A híres Helmholtz-féle rezonátorok (201. ábra) gömbalakúak, elől kissé nagyobb, szemben kisebb, fülünkbe illő nyílás van rajtuk. A gömbben levő levegő a gömb nagysága szerint más-más hangra rezonál.

201. ábra. A Helmholtz-féle rezonátor.

Ha azt a rezonátort tartjuk fülünkhöz, amely a megszólaltatott hangra rezonál, a hang a levegő együttrezgése folytán erősödik. Más rezonátor nem erősíti a hangot. Így a rezonátorok sorozatával el lehet dönteni, milyen hangok vannak abban a hangcsoportban, melyet elemezni kívánunk. A rezonátorokat egymás után fülünkhöz tartjuk, amelyik rezonál, annak hangja benne van a hangcsoportban. Ez az eljárás a hangelemzés.

A színszóródás.

Vizsgáljuk most, milyen jelenségek felelnek meg a fény körében az előbbiekben leírt hangtüneményeknek. Az optikai prizmát már ismerjük, de eddig csak a rajta átmenő fény irányváltozását vizsgáltuk. De a fény más lényeges változást is szenved a hasábban. A Napnak vagy ívfénynek fehér fényét engedjük át keskeny résen és az átmenő fény útjába állítsunk optikai hasábot (202. ábra). Ekkor azt tapasztaljuk, hogy a fény nemcsak megtörik, hanem a fehér fény helyett a színes sávoknak egész sorát kapjuk. Ez a színszóródás jelensége, a színes sávokból álló kép a fehér fény színképe (spektrum). A következő színeket szoktuk benne megkülönböztetni : vörös, narancs, sárga, zöld, világoskék, sötétkék, ibolya. A színek nem különülnek el élesen egymástól, hanem egymásba folytonosan átmennek. Azért ezt a színképet folytonos színképnek nevezzük. A fehér fény eredeti irányához legközelebb van a vörös, legnagyobb eltérítése pedig az ibolyának van.

Newton, aki a színszóródással alaposan foglalkozott,, a jelenséget meg is magyarázta. Azok a színek, amelyeket a folytonos színképben látunk, mind megvannak a fehér fényben. A hasábban azért válnak szét, mert a színek különböző törékenységűek. Ha ez a magyarázat helyes, akkor a folytonos színkép színeiből összetétel útján fordítva fehéret kell kapnunk. Ez valóban így is van. Köralakú, vastag, fehér papírlapot hét körcikkre osszunk fel és fessük be a cikkeket a színkép színeire.

Ha a lapot például motorral forgatjuk, szürkés-fehér színbe olvadnak össze. Tiszta fehéret azért nem kapunk, mert az egyes festékszínek nem olyan tiszták, mint a színkép színei.

Ami a zenei hangnál a magasság, az a fénynél a szín. A fehér fény összetett szín, mert több színre bontható fel. Ellenben azok a színek, melyeket a színképben látunk, tovább már nem bonthatók fel, ha újra hasábon átengedjük őket. Ezek egyszerű színek.

Milyen színben látszik valamely test, az attól függ, milyen színt ver vissza. A vörös színű test csak vörös fényt ver vissza. Ha fehér fény esik rá, akkor a fehérben levő összes színeket elnyeli az egy vörös kivételével, melyet visszaver. Így a testről vörös fény jut szemünkbe. Fehérnek olyan testet látunk, amely minden színt visszaver.

Viszont az a test, amely semmiféle fényt sem ver vissza, fekete. Feketének tehát az a test látszik, amelyről fény nem jut szemünkbe. Ha vörös testre zöldszínű fény esik, akkor ezt a vörös test elnyeli és így a vörös felületet zöld vagy más egyszerű színben feketének látjuk. Átmenő fényben a test olyan színű, amilyen színt átbocsát.

A szivárvány.

A színszóródásnak hatalmas példáját a szivárványban látjuk. Ez a körgyűrű, melyben a folytonos színkép színei következnek egymásra, akkor keletkezik, ha előttünk esőfelhő van és erre a mögöttünk levő Nap sugarai esnek. Kívül van a vörös szín, belül az ibolya. A vörös színű kör sugara körülbelül 42° alatt látszik. Ez azt jelenti, hogy az a két látósugár, melyet a kör középpontjából és kerületéből szemünkbe húzunk, 42°-ot zár be.

203. ábra. A napsugár útja a főszivárvány keletkezésénél.

Az ibolyakör sugara 40° alatt látszik. Ezért szivárvány csak akkor jön létre, ha a Nap 42°-nál nem magasabban van a horizont fölött. Ha a Nap éppen a horizontban van, akkor a szivárvány íve a legnagyobb félkör. Ha a Nap a horizont fölött van, akkor a szivárvány íve kisebb. Gyakran ezen a főszivárványon kívül másik, gyengébb fényű mellékszivárvány is látszik, melyben belül van a vörös és kívül az ibolya.

Descartes (1637) magyarázata szerint a szivárvány a vízcseppekben előálló törés következménye. Ha a vízcsepp felső részére fehér napfény esik (203. ábra), ez a cseppbe töréssel és egyidejű színszóródással belép, v a vörös, i az ibolya. A sugarak a csepp hátsó falán visszaverődnek és a cseppből újabb törés után lépnek ki. Így keletkezik a főszivárvány. Ha a fehér fénysugár a csepp aljára esik (204. ábra), akkor a csepp hátsó falán kétszer verődik vissza. Ez a fény kelti a mellékszivárványt. Látjuk, hogy a kilépő fényben a színek fordítva következnek. Minden törés és visszaverődés a fény gyengülésével jár, mert a fénynek csak egy része verődik vissza vagy törik meg. A mellékszivárvány fénye azért gyengébb, mert a fény a két törésen kívül kétszer verődik vissza, míg a főszivárvány keletkezésénél csak egyszer.

A színképelemzés.

Az előbbi egyszerű eljárással, mikor a fényt egyszerűen hasábon bocsátottuk át (lásd a 202. ábrát), csak nagyon erős fényt lehet felbontani a benne levő egyszerű színekre.

205. ábra. Spektroszkóp.

Bármilyen fényforrás fényének elemzésére a szpektroszkópot használjuk, Bunsen és Kirchhoff (1858—1860) új korszakot nyitó segédeszközét (205. ábra). Ennek három csöve van (A, B, C), melyek a középen levő prizma (P) felé néznek. A kollimátorcső (A) külső végén egyenes rés van, melyet szűkíteni vagy tágítani lehet. A rés elé állítjuk azt a fényforrást (F vagy f), amelynek fényét elemezni kívánjuk. A kollimátorcső másik végén lencse van, ez a résen átmenő fényt összegyűjti és a hasábra veti (206. ábra). A hasábban a fény megtörik és egyúttal egyszerű színekre bomlik. Az így keletkező színképet messzelátóban (205. és 206. ábra, B) nézzük, hogy élesen lássuk. A harmadik cső (C) a skálacső. Külső végén kis osztályzat (s) van, melyet külön kis fényforrással megvilágítunk. A cső másik végén levő lencse a prizmára veti az összegyűjtött fényt, amely innen visszaverődve ugyancsak a messzelátóba jut. Így a színképet és a skála képét egyszerre látjuk. Ennek az a célja, hogy a színek helyét meg tudjuk jegyezni.

Ha gőzök vagy gázok színképét akarjuk vizsgálni, ezeket izzásba kell hozni.

Izzó nátriumgőzt pl. úgy állítunk elő, hogy megnedvesített platinadrótot konyhasóba mártunk és azután lángba állítunk. Itt a konyhasó felbomlik, a benne levő nátrium gőze a lángot sárgára festi. A megfestett lángot a kollimátorcső rése elé állítjuk. Izzó gázokat úgy vizsgálunk, hogy a gázzal kis Geissler-csövet töltünk meg és ebben kisülést keltünk.

A különböző fényforrások két, lényegében eltérő fajta színképet létesítenek. Minden izzó szilárd test színképe folytonos. A gázok és gőzök színképe egyes, különálló színes vonalakból áll. Ez a vonalas színkép. Így a nátrium színképe egy sárga csík. Más gőzök vagy gázok színképében több, különböző színű vonalat látunk egymás mellett. A lítiumgőz színképében éles és erősfényű vörös vonal, továbbá gyenge sárga vonal van. Ezek a vonalak jellemzők az anyagra úgy, hogy a színképből arra lehet következtetni, milyen izzó anyag létesíti a színképet.

Ez a színképelemzés (spektrumanalízis), mely igen érzékeny módszer az anyagok kimutatására. Elég, ha a nátriumból a milligrammnak csak 3 tízmilliomod része van jelen, a nátrium sárga csíkja már látszik. Ha olyan vonalak mutatkoznak, amelyek az ismeretes anyagok színképében nem fordulnak elő, akkor azt lehet következtetni, hogy a vonalak eddig ismeretlen anyagból erednek. Így fedezte fel Bunsen a rubidiumot és céziumot. Később ezen az úton sok más fémet és gázt is találtak.

A Nap színképe. A fényelnyelés.

Nézzük a napfény színképét a spektroszkópban, akkor már nem látjuk folytonosnak. A színképet fekete csíkok szakítják meg, melyeket felfedezőjükről Fraunhofer-féle vonalaknak nevezünk (1814).

206a ábra, A nátrium színképének megfordítása.

Magyarázatukat csak sokkal később adta meg Kirchhoff (1860) a fényelnyelés alapján. Állítsuk elő fehér fénynek, pl. Ívfénynek folytonos színképét (lásd a 202. ábrát). Helyezzünk a fény útjába bárhol nátriumgőzzel megfestett lángot. Ekkor a folytonos színképben a nátrium sárga vonalának helyén fekete vonalat látunk, vagyis ez a vonal hiányzik (206a. ábra). A nátriumgőz tehát az összes színeket átengedte, kivéve azt, amelyet maga is kibocsát. Ezt a fényt a nátriumgőz elnyelte. Az a színkép, amelyet most látunk, a nátriumgőz elnyelési színképe. Azt is szoktuk mondani, hogy a nátriumgőz színképét ezzel az eljárással megfordítottuk. Ugyanis a nátriumgőz fénye a szpektroszkópban egyetlen...

[... hiányzó lapok,  199-202, Az álló csillagok]

A teljes színkép.

A fehér fény színképe, mint láttuk, a vöröstől az ibolyáig terjedő színek folytonos sorozatából áll. Az egyik oldalon a vörösön túl, a másik oldalon pedig az ibolyán túl nem látunk sugarakat. Mégis tévedés lenne azt hinni, hogy a színkép bevégződik a látható sugárzásnál.

Tegyünk a színkép irányába fotográfus-lemezt. Előhívás után azt tapasztaljuk, hogy a lemez nemcsak addig feketedik meg, amíg az ibolya sugarak érnek, hanem jóval túl is. Ez azt jelenti, hogy az ibolyán túl is vannak még sugarak, melyeket nem látunk ugyan, de a fotografuslemezben előidézett vegyi hatásukból felismerhetünk. Ezek az ibolyántúli vagy ultraibolya sugarak. A higanylámpa fényében nagyon sok ilyen sugárzás van, ezért ott, ahol gyógyításra ultraibolya sugárzást akarnak használni, higanylámpát használnak. Az üveg nagy mértékben elnyeli ezeket a sugarakat, azért a higanylámpa fala nem üvegből, hanem kvarcból készül. Innen a kvarcfény elnevezés.

Az ibolyántúli sugaraknak még másféle hatásuk is van. Petróleum, amely tiszta állapotban színtelen, erősen megvilágítva kékes színben játszik. Ha tiszta vízbe kevés vörös tintát, vagyis eozinoldatot öntünk, akkor ez a halványvörös folyadék erősebb fényben zöld színű. Az ilyen anyagról azt mondjuk, hogy fluoreszkál.

Ismeretesek azok az óralapok, melyeknek számai éjjel világítanak. Ezek a számok Balmain-féle festőanyaggal vannak bevonva, melynek az a tulajdonsága van, hogy ha fény esett rá, utána világít. Ez a foszforeszkálás. Az elnevezés onnan ered, hogy a foszfor, ha megdörzsöljük, szintén világít. A báriumnak sok olyan vegyülete van, amely rövid megvilágítás után különféle élénk színben világít. Mind a két hatást, a fluoreszkálást és foszforeszkálást az ibolyántúli sugarak is elő tudják idézni.

Most fordítsuk figyelmünket a színkép másik oldalára. Érzékeny hőmérőt vigyünk végig a színképen a vörös felé, akkor a hőmérő emelkedik és evvel a sugarak hőhatását jelzi. Ha a hőmérőt a vörösön túl visszük, akkor a hőhatás még emelkedik és csak azután kezd csökkenni. Tehát a vörösön túl is vannak sugarak, amelyeket nem látunk, hanem csak hőhatásukról ismerünk fel. Ezek a vörösöntúli vagy hősugarak. Ha ezeket a sugarakat észlelni akarjuk, nem szabad üvegprizmát használni, mert az üveg a hősugarakat nem engedi át, mint mondani szoktuk, adiatermán. A színképet konyhasóhasábbal kell előállítani, ezen a hősugarak áthatolnak, a konyhasókristály diatermán. Visszaverődésnél, törésnél a hősugarak ugyanúgy viselkednek, mint a látható fénysugarak.

A teljes színkép ezek szerint három részből áll : középen van a látható sugárzás, amely az egyik oldalon az ibolyántúli, a másik oldalon a hősugárzásban folytatódik.

Hanghullámok találkozása.

A hang- és fényjelenségek hasonlóságát már több esetben láttuk. Most ezt a párhuzamot még egy döntő lépéssel ki akarjuk bővíteni. Ha ugyanabban a közegben egyszerre több hullám keletkezik, ezek a hullámok eredő hullámmá tevődnek össze, a közegben összetett hullám áll elő. Most elsősorban néhány speciális eset érdekel. Tekintsük azt az esetet, hogy a közegben olyan két hullám találkozik (207. ábra, I. és II.) amelyek ugyanabban az irányban haladnak, hullámhosszuk is egyenlő és nincs köztük útkülönbség, hanem ugyanabból a pontból indulnak ki hullámheggyel.

207. ábra. Két megegyező irányú és hullámhosszú hullám erősíti egymást, ha nincs köztük útkülönbség.

Minden pont a két hullám folytán megegyező irányban rezeg, tehát a kétféle rezgés (a₁ és a₂) összeadódik. Az eredő hullámban (A) a két összetevő hullám egymást erősíti. Ugyanevvel az esettel van dolgunk, ha a két hullám közül az egyik egy teljes hullámhosszal előbbről indult, vagyis a hullámok közt egy teljes hullámhossznyi útkülönbség van.

Ennek az okoskodásnak helyességét a Quincke-féle csővel (208. ábra) kimutathatjuk. Két villaalakú cső (abc és def) egymásban eltolható.

Egyelőre toljuk be a jobboldali villát egészen a másikba. A bevezető csőhöz tartsunk rezgő hangvillát. A hanghullámok a csőben elágaznak, részben a jobboldali, részben a baloldali villán haladnak, a kivezető csőben pedig találkoznak. A két villa egyenlő hosszú, tehát a találkozó hullámok közt nincs útkülönbség. A kivezető cső végén (b) valóban erős hangot hallunk. Húzzuk ki a jobboldali villát úgy, mint rajzunk mutatja,    

annyira, hogy cd távolság a hangvilla hangjának fél hullámhossza legyen. Ha pl. a hangvilla kamara a-1 ad, akkor 38 cm-rel. Ez a meghosszabbítás a villa másik végén is megvan, tehát a hang-hullám a jobboldali villában most egy teljes hullámhosszal nagyobb utat tesz, mint a baloldali villában.

208. ábra. Quincke-cső.

A hullámtalálkozásnak, más néven interferenciának most is az lesz az eredménye, hogy a hullámok egymást erősítik, b helyen erős hangot hallunk.

209. ábra. Két megegyező irányú és hullámhosszú hullám gyengíti egymást, ha köztük hullámhossznyi útkülönbség van.

Éppen ilyen fontos lesz ránk nézve az az eset is, mikor a két hullám, melyet össze kell tennünk, megegyező irányban halad, hullámhosszuk is egyenlő (209. ábra), de az egyik (I) hullámheggyel (a₁), a másik (II) hullámvölggyel (a₂) indul. Úgy is tekinthetjük, hogy a második hullám fél hullámhosszal élőbbről indult szintén heggyel, ezért azt mondjuk, hogy a két összetevő közt fél hullámhossznyi útkülönbség van. Ekkor a két hullám mindenütt éppen ellenkező kitérést okoz, tehát az eredő kitérés (A) a kettő különbsége, a két hullám gyengíti egymást. Ha még a két összetevő egyenlő erős is, akkor egymást teljesen lerontják, a közeg egészen nyugalomban marad.

A Quincke-csövön ezt az esetet is megvalósíthatjuk, ha a jobboldali villát annyira húzzuk ki, hogy a hanghullámok útja az egyik ágban fél hullámhosszal legyen nagyobb, mint a másik ágban, tehát cd távolság 1/4 hullámhossz legyen. Ekkor b helyen nem hallunk hangot. Ugyanezt tapasztaljuk akkor is, ha a jobboldali villa 1/2 hullámhossz helyett 1/2, 2 1/2, 3 1/2 stb. hullámmal hosszabb, mint a baloldali.

Eredményül tehát jegyezzük meg, hogy két hullám, amely ugyanabban az irányban halad és hullámhosszuk egyenlő, erősíti vagy gyengíti egymást a szerint, hogy útkülönbségük

0, 1, 2 stb. hullámhossz vagy 1/2, 1 1/2, 2 1/2 stb. hullámhossz.

A fény interferenciája.

A hangról tudjuk, hogy a közegben haladó hullámok keltik. A hanghullámokat ma már fotografálni is tudják. Arról, hogy a fényt milyen folyamát kelti, eddig még nem szóltunk. A sokféle analógia a két jelenségcsoport között arra a kérdésre vezet, vajon a fény nem hullámmozgás-e. Eddigi tapasztalataink nem elegendők arra, hogy erre a kérdésre válaszolhassunk. A hullámmozgásra jellemző az interferencia, melyet hanghullámokra nézve az imént ismertünk meg. Ha ezt a jelenséget a fény körében is sikerül előállítani, akkor vethetjük fel újra előbbi kérdésünket. És ez valóban sikerül is.

Sötét ernyőben vágjunk egymáshoz nagyon közel két párhuzamos, igen keskeny rést (210. ábra, a és b). Legkönnyebb ezt úgy készíteni, hogy tükörlap foncsorozott rétegében éles késsel két párhuzamos metszést végzünk. A metszés helyén a lap átlátszó. Ejtsünk a lapra vörös fényt, tehát egyszerű színt és a réseken áthaladó fény útjába tartsunk papírernyőt (A) Az ernyőn váltakozva vörös és fekete csíkokat látunk. Az ernyőre mind a két résből esik fény. Azokon a helyeken, ahol vörös csík van, a két résből jövő sugarak erősítik egymást, ott pedig, ahol fekete sáv keletkezik, a sugarak gyengítik egymást. Ilyen jelenséget éppen az imént láttunk a hanghullámok körében, tehát arra gondolhatunk, hogy a fényt is hullámnak tekintsük. Ez a fény rezgéselmélete, melynek alapján az előbbi tapasztalatot könnyen értelmezhetjük. Az ernyőnek v₁ pontjába olyan két sugár jut, melyek között nincs útkülönbség, tehát a sugarak erősítik egymást, az ernyőn világos csík keletkezik.

Az oldalt levő f₁ helyen olyan két sugár találkozik, amelyek a résektől különböző nagyságú utat tettek meg. Ha az útkülönbség a hullámhossz fele, akkor a két fénysugár kioltja egymást, fekete sáv áll elő. Az ernyőn még tovább menve oldalra, az útkülönbség a két találkozó sugár között folyton nő. Ahol egész hullámhosszat ér el, ott ismét világos sávot látunk, ahol már 1 1/2 hullámhossz az útkülönbség, ott ismét kioltja egymást a két hullám s. í. t.

Tehát a vörös és fekete sávok váltakozó sora fényinterferencia következménye.

Ha a két résre másféle egyszerű színt ejtünk, pl. sárga fényt, a jelenség ugyanolyan : sárga és fekete sávok váltják fel egymást. De a csíkok sűrűbbek, összébb szorulnak. Ibolyafényben a sávok még sűrűbbek. Ebből azt lehet következtetni, hogy a sárga fényhullámhossza kisebb, mint a vörösé, az ibolyáé még kisebb. Sárga fényben ugyanis az első világos sáv (v₂) a középen levő világos sávhoz (v₁) közelebb van, mint vörösben, tehát az útkülönbség a két sugár közt kisebb, mert az útkülönbség annál nagyobb, minél messzebb van az ernyő pontja középtől. Az útkülönbség pedig éppen a hullámhossz. Tehát a fény hullámelmélete szerint a színek a hullámhosszban különböznek : a látható színek közül legnagyobb a vörös fény hullámhossza, legkisebb pedig az ibolyáé. A hősugarak csak hullámhosszban különböznek a látható fénytől, amennyiben hullámhosszuk még nagyobb, mint a vörösé. Viszont az ultraibolya sugarak hullámhossza még rövidebb, mint az ibolyáé.

A fényhullámok olyan rövidek, hogy mérésükre külön kis egységet használunk. A mm ezredrésze 1 mikron, ennek ezredrésze, tehát a mm milliomodrésze a millimikron. A szélső vörös hullámhossza kereken 800, a szélső, még látható ibolyáé 400 millimikron.

Az ultraibolya sugárzás 400-tól kereken 15 millimikronig terjed, a hősugárzás pedig 800 millimikrontól a növekedő hullámhossz irányában 0,35 milliméterig.

Ejtsünk most fehér fényt a résekre, akkor az ernyőn középen fehér csíkot, oldalt pedig egymás után néhány folytonos színképet látunk, melyekben közép felé az ibolya esik. A fehér fényben ugyanis az összes egyszerű színek benne vannak. Minthogy az egyes színek világos sávjai középtől különböző távolságra esnek, az egyes színek különválnak, színkép keletkezik. Az ibolya világos sávja legközelebb van a középhez, ezért esik az ibolya a színképben befelé. Azt a két színképet, mely a középső fehér sáv mellett van jobb- és balfelé, elsőrendű színképeknek nevezzük. Utánuk következik mindkét oldalon a másodrendű színkép s. i. t. A kettős rést tehát éppen úgy lehet színkép előállítására használni, mint a hasábot. A gyakorlatban nem két rést használnak, hanem a réseknek egész sorát. Külön erre a célra készült «osztógéppel» üveglapot igen sűrűn egymás mellett megkarcolnak. A karcolás helyén az üveg átlátszatlan, a közbeeső részeken pedig átlátszó. Ilyen «optikai rácsokat» különösen Rowlan d, amerikai fizikus készít nagy pontossággal. 1 mm-re 1000-nél is több karcolás eshet. Finom optikai ráccsal igen nagyfokú színszóródást lehet előállítani.

A fény nemcsak a hullámhossz nagyságában különbözik a hangtól, hanem a hullámokat hordozó közeg természetében is. A hang csak anyagi közegben terjedhet, léghíjas térben nem. A fény ellenben az álló csillagokról a világűrön át eljut hozzánk. A világűrben tudomásunk szerint nincs anyag. Ezért feltételezünk egy anyagot, amely a mindenséget kitölti. Ez az éter. A fényhullámok hordozója az éter, tehát a fényt a hullámelmélet szerint az éter rezgése kelti.

Ha különböző színű sugarak levegőn áthaladnak, nem egyformán gyengülnek. A levegőben mindig vannak apró porszemek és vízcseppek és így a levegő, ha át is látunk rajta, fizikai szempontból homályos közeg. Az apró részecskék a fényt szétszórják és így gyengítik. Mennél nagyobb a fény hullámhossza, annál jobban hatol át a levegőn. Ezek a vörös felé eső színek. Ezért adják a «tilos» jelzést vörös fénnyel, mert ez messzire ellátszik. Viszont a kék és ibolya, melynek kicsi a hullámhossza, nagy mértékben szétszóródik. A fehér fényben mindezek a színek megvannak. A benne levő kék és ibolya mindenfelé szétszóródik és így a légkör színét, vagy amint mondani szokták, az égbolt színét ezek adják meg. Tehát ezért kék az ég.

221. ábra. Pleochroitikus udvar.

216. ábra. Cinkszulfid-kristályon átmenő X-sugarak interferencia-képe.

A fénypolározás.

A kétféle hullám közt még másféle lényeges eltérés is van. A hanghullámokról tudjuk, hogy longitudinálisak, vagyis a levegő részecskéi olyan irányban rezegnek, amilyen irányban a hullám terjed.

Régebben a fényről is azt hitték, hogy longitudinális hullám. De a fénypolározás jelensége az ellenkezőt mutatja. A turmalin hatszöges oszlopban kristályosodik.

Kísérletünkhöz két olyan metszet kell, mely a kristály tengelyével párhuzamos (211. ábra), a és b a két tengely. Helyezzük a kristályokat egymásra úgy, hogy a tengelyük párhuzamos legyen (I). Bocsássunk át fényt a lemezeken és az átmenő fény útjába állítsunk papírernyőt. Az ernyőn erősen megvilágított fényfoltot látunk. Forgassuk az egyik lemezt a másikon, akkor az átmenő fény gyengül. Mikor a két kristálytengely (a és b) egymásra merőleges (II), akkor fény egyáltalában nem hatol át.

Ha az éter a fénysugárban longitudinálisan rezegne, vagyis az éterrészek rezgése a sugár irányába esnék, akkor a turmalinlap elforgatása egyáltalában nem okozhatna fényváltozást. A fény erősségének leírt változása azt mutatja, hogy a fény az éternek transzverzális rezgése. A hullámelmélet az előbbi jelenséget a következő módon értelmezi. Minden fénysugárban az éter rezgése merőleges a sugárra. A természetes fényben, amely közvetlenül a fényforrásból jön és semmiféle törést, visszaverődést még nem szenvedett, a rezgés iránya folytonosan, változik. A turmalinlemez azonban csak azt a rezgést engedi át, amely tengelyével párhuzamos.

Abban a sugárban, amely az első lemezen áthaladt, az egész hullám egyetlen síkba esik. 212. ábránkon olyan hullámot látunk, mely függőleges síkba esik, szaggatottan pedig másik hullámot, mely vízszintes síkban megy végbe. Az ilyen fénysugárról azt mondjuk, hogy poláros. Az első turmalinlemez tehát a természetes fényt polárossá alakította át, polározta.

Ha a második lemez tengelye (b) az elsővel párhuzamos, akkor a második lemez a poláros fényt átengedi, mert a rezgés párhuzamos a tengelyével. Ha a b tengelyt elfordítjuk, akkor a rezgésnek már csak egy része halad át, a tengelyek merőleges állásánál pedig a második lemez semmit sem enged át abból a rezgésből, amely az első lemezen átjutott.

A Röntgen-sugarak.

A teljes színkép korántsem meríti ki az éterrezgések egész skáláját. Folytathatjuk a sorozatot akár a kisebbedő, akár a nagyobbodó hullámhosszak irányában. Folytassuk utunkat először a kisebb hullámhosszak felé. A Crookes-féle csövet és a benne keletkező katódsugarakat jól ismerjük. Innen egy lépés elvezet a Röntgen-csőhöz (213. ábra). Ennek is van anódja (A) és homorú katódja (K). Ha a két elektród közé áramforrást kapcsolunk, melynek feszültsége elég nagy, akkor a katódról most is katódsugarak indulnak ki. Ezeknek útjában még egy harmadik elektród is van, az antikatód (K’).

Minthogy a katód homorú, a katódsugarak egy pontban egyesülnek, itt érik az antikatódot. Röntgen (1895) észrevette, hogy arról a lapról, melybe katódsugarak ütköznek, új sugarak indulnak ki minden irányban. Ezek az X- vagy Röntgen-sugarak. Az üvegfal mindenütt, ahol X-sugarak érik, zöld színben fluoreszkál. Az a test, amely a Röntgen-sugarakat elnyeli, felmelegszik.

214. ábra. Röntgen-felvétel készítése.

Az X-sugarak áthatoló képessége; egészen más, mint a fényé. Falapon, papíron áthaladnak és csak kis mértékben gyengülnek, ellenben a fémlapokon csak kevéssé hatolnak át. vastagabb fémlap a sugarakat elnyeli. Ezen alapszik a Röntgen-fotográfiák készítése (214. ábra). Az antikatódból kiinduló X-sugarak irányába helyezzünk fotográfus-lemezt, melyet a fénytől úgy óvunk, hogy tokba zárjuk. Kezünket, melyet fotografálni akarunk, tegyük a lemez fölé, vagyis a sugarak útjába. Ahol a sugarak akadálytalanul érik a lemezt, ott a lemez megfeketedik. Az izmokon és a bőrön áthaladó sugarak már gyengítve érik a lemezt, amely itt kevésbé fekete. A csontok még inkább gyengítik a sugárzást és így a csontok alatt a lemez legkevésbbé fekete. Ha a kézben fém van, a tenyérben tű vagy csonttörés, akkor ezt a kép elárulja.

Ha nem akarunk maradó képet, akkor a fotográfus-lemez helyére cinkszulfiddal vagy báriumplatinacianiddal bevont ernyőt tartunk, melyen a Röntgen-sugarak fluoreszkálást keltenek. A csontok alatt az ernyő alig fluoreszkál.

Nem minden X-sugárnak van egyforma áthatoló képessége. Vannak olyan sugarak, melyeket vékony bőrréteg is elnyel. Ezeket lágy sugaraknak nevezzük. Ha a levegő a Röntgen-lámpában nem túlságosan ritkított, akkor az X-sugarakat keltő katódsugárzás megindításához kisebb feszültség kell, ilyenkor lágy X-sugarak hagyják el a csövet. Ezekkel nem lehetne az előbbi felvételt elkészíteni, mert a csontok és az izmok árnyékképét nem lehetne elválasztani, már az izmok alatt sem éri a lágy sugárzás a lemezt. Viszont ha bőrbetegséget akarnak gyógyítani, akkor éppen lágy sugárzás kell, melyet a bőr elnyel és így a sugarak a bőrben előidézik a kívánt hatást, de mélyebb rétegbe nem hatolnak és itt nem okozhatnak kellemetlen következményt. Ha a Röntgencsőben a levegő nagy mértékben ritkított, akkor kemény sugárzás keletkezik, melynek nagy áthatoló képessége van. Ha mélyen fekvő testrészt akarunk besugároztatni, akkor kemény sugárzás kell, hogy elérje a beteg részt. Ekkor éppen a lágy sugarak nem kívánatosak, mert ezek a bőrben maradnának és itt gyulladást, hosszabb idő múlva gennyes sebet okoznának. A kemény sugarakkal együtt lágy sugarak is keletkeznek. A lágy sugarakat az orvosok az összetett sugárzásból «kiszűrik». Ez abban áll, hogy a sugarak útjába vékony aluminium-lapot tesznek, amely a lágy sugarakat elnyeli, de a kemény sugarakat átengedi.

Elektromos vagy mágneses erővel az X-sugarakat éppen úgy nem lehet útjukból eltéríteni, mint a fényt. Sok más hasonlóságból már régebben sejtették, hogy az X-sugarak is éterrezgések, mint a fény, de viszont a legjellemzőbb jelenségeket, amilyen a visszaverődés, törés, a legutóbbi ideig nem tudták X-sugarakkal előállítani.

Ez még nem volt baj, mert ha az X-sugarak hullámhossza sokszorta kisebb, mint a fényé, akkor a mesterséges tükör ezekre a sugarakra nézve durva ahhoz, hogy szabályos visszaverődés álljon elő. Több gondot okozott az interferencia, amely minden hullámmozgásra jellemző. Említettük, hogy a fényinterferenciát optikai ráccsal lehet előállítani. De olyan sűrű rácsot, amely az X-sugarak interferenciájához ezeknek igen kis hullámhossza miatt kellene, nem tudtak készíteni. Laue (1912) jutott arra a szerencsés gondolatra, hogy rács gyanánt kristályt használjon. A kristályról már régóta tudjuk, hogy benne az atomok szabályosan helyezkednek el. Az atomok közei ennek az «atomrácsnak» átlátszó helyei. De egy lényeges különbség van az optikai és az atomrács közt. Az optikai rács egy síkban van, t. i. azon az üveglapon, melyen a karcok vannak.

Ellenben a kristály atomjai egymás alatt és egymás mellett helyezkednek el, térbeli rácsot alkotnak. Ennek megfelelően nem színképvonalak keletkeznek, hanem szimmetrikuson eloszló foltok. A tapasztalat ezt az elméleti következtetést teljes egészében igazolta. 216. ábránkon (lásd a mellékleten) azt a képet látjuk, amelyet cinkszulfid kristályon átmenő X-sugarak fotográfus-lemezen létesítenek.

Csakhogy ennek a képnek elemzése bonyolult feladat, azonkívül hozzászoktunk, hogy a színképet vonalasnak lássuk. Éppen egy évvel Laue-nak nagy felfedezése után W. H. és W. L. Bragg ezt is megvalósították. Az X-sugarakat kristályra vetik, melyről a sugarak «visszaverődnek». A katódról (217. ábra, K) kiinduló katódsugarak az anti-katódban (A) X-sugarakat keltenek, melyek két résen (R₁ és R₂) át jutnak el O pontban az A kristályra. A beeső

sugarak P₁ felé haladnak és a kristály lapjával δ- szöget zárnak be. A lapról «visszavert»; sugarak a lappal ugyancsak δ szöget alkotnak és a fotográfus-lemezen (LL) vonalat létesítenek. A fotografus-lemez helyett célszerűbb köralakban görbített filmet (FF) a visszavert sugarak útjába állítani. Ha a kristályt a nyilak irányában forgatjuk, egymás után kapjuk a színkép vonalait. Tulajdonképpen itt nem visszaverődésről van szó, hanem X-sugarak interferenciájáról.

218. ábra. X-sugarak "visszaverődése" a kristály atomsíkjain.

Tekintsük a kristályban azokat az egymás alatt következő síkokat, melyekben az atomok elhelyezkednek (218. ábra, A, B, C, D) és ejtsük erre a kristályra X-sugaraknak párhuzamos nyalábját (1, 2, 3, 4). Az atomok a beeső sugarakat elhajlítják, a rács közeiből minden irányban indulnak sugarak. Egy olyan irányt találunk (r), melyben a kristályból kiinduló és találkozó sugarak egymást erősítik. Minden más irányban a találkozó sugarak kioltják egymást. Az eredmény az, mintha az X-sugarak visszaverődtek volna.

Az X-sugarak színképének vizsgálata azt mutatja, hogy több vonalcsoport keletkezik. A legkeményebb vonalak sora az úgynevezett K-sorozat, melynek egyes vonalait a, β, γ, . . betűkkel jelzik. Távolabb új csoportot találtak, mely lágyabb sugarakból áll, ez az L-csoport. Még lágyabb sugarak alkotják az M-, N- és O-csoportot. Azelőtt a sugarak keménységét a jelző réteggel jellemezték. Ez annak az alumíniumlapnak vastagsága, amely a rajta áthaladó sugárzás erősségét felére csökkenti. Ma az X-sugarakat éppen úgy hullámhosszakkal jellemezzük, mint a fénysugarakat.

A kis hullámhossz kemény X-sugarat jelent, a nagyobb hullámhossz pedig lágyabbat. Az X-sugarak hullámhosszának mérésére a millimikronnál is kisebb egységet használunk. A millimikron tizedrésze, tehát a mm tízmilliomodrésze 1 Angstrőm-egység. A Röntgen-sugarak hullámhossza 0,1 Angstrőm-egységig csökkenhet. Ezt úgy kell érteni, hogy ez a  legrövidebb hullámhossz, amelyet az X-sugarak körében eddig megfigyelni sikerült.

Eleinte a kristályok segítségével az X-sugarakat elemezték. Ezek a vizsgálatok állandóan folynak, de közben a feladatot meg is fordították, Röntgen-sugarakkal a kristályok szerkezetét vizsgálják. Egy példán mutatjuk meg ilyen vizsgálat eredményét. 219. ábránkon a konyhasó (nátrium-klorid) kristályának szerkezetét látjuk. A sötét pontok nátriumatomok, a világosak klóratomok. Látjuk, hogy a nátriumatomok egy kocka csúcspontjaiban és az oldallapok középpontjában vannak. A klóratomok az élek felezőpontjai. A kristályban az ilyen elemi kockák egymás mellett sorakoznak. Ha több ilyen kockát képzelünk egymás mellé, a klóratomok ugyanolyan kockát alkotnak, mint a nátriumatomok és ez a kocka a nátriumatomok kockája közé ékelődik.