Optik

- jede Strahlug hat sowohl Teilchen- als auch Wellencharakter, je nach Betrachtunsgweise ändert sich das Ergebnis
- Licht kann man entweder als elektromagnetische Welle oder als Photonen-Strahl betrachen
- geometrische Optik: interpretiert Licht als Strahl
- Wellenoptik: interpretiert Licht als Welle

an der Grenze zwischen zwei Materialien wird das Licht nach dem Reflxionsgesetz reflektiert und nach dem Brechungsgesetz gebrochen

Lichtstrahlen ändern an Grenzflächen von unterschiedlich dichten Medien ihre Richtung und ihre Geschwindigkeit; ei der Richtungsänderung spricht man auch von Lichtbrechung

Brechzahl/Brechungsindex: \(n= {\text {Lichtgeschwindigkiet im Vakuum} (3*10^8 m/s) \over \text {Lichtgeschwindigkiet im betreffenden Medium}}\)

Ausfallswinkel/Brechungswinkel ß (Brechungsgesetz von Snellius):    \({sin(\alpha)\over sin(\beta) } = {n_2\over n_1}\)

Brechung zum Lot: beim Übergang des Lichtes von einem optisch dünneren in ein optisch dichteres Medium (z.B. von Luft in Glas); Einfallswinkel ist immer größer als Ausfallswinkel

Brechung vom Lot: Übergang des Lichtstrahls  von einem optisch dichteren in ein optisch dünneres Medium; Einfallswinkel kleiner als Ausfallswinkel

- Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel     \(\alpha = \alpha'\)
- Reflexion ist umso stärker, umso undurchdringbarer das bevorstehende Material ist, z.B. Metalle

Sonderfall Totalreflexion: tritt dann auf, wenn der errechnte Ausfallswinkel größer als 90° ist; Einfallswinkel übersteigt bestimmten Wert, es tritt keine Brechung mehr auf da der Brechungswinkel max 90° betragen kann → gesamte Licht wird reflektiert, wie Spiegel (nur bei Lichteinfall von optisch dichtem in optisch dünnes Medium)

von einem Gegenstand gehen reflektierte Lichstraheln in Richtung des Spiegels, treffen auf Spiegel auf und reflektieren auf Auge → Gehirn nimmt das allerdings nicht wahr sondern denkt, dass auf der anderen Seite des Spiegels (Punkt B) der Gegenstand liegt → B ist für uns im Spiegelbild gleich weit entfernt wie G zum Spiegel →es entsteht virtuelles Bild des Gegenstandes

bei einem Hohlspiegel (“Konkavspiegel”) hängen der Ort und die Größe des erscheinenden Bildes von der Entfernung des Gegenstands zum Scheitelpunkt des Spiegels ab

Zur Konstruktion des Bildes zeichnet man die von einem Gegenstandspunkt ausgehenden Bildstrahlen in der umgekehrten Richtung weiter. Dabei muss man beachten, dass Brennpunktstrahlen zu Parallelstrahlen werden und Mittelpunktstrahlen stets senkrecht auf den Spiegel treffen und somit auf sich selbst abgebildet werden. Die Lage des Bildes entspricht dem Schnittpunkt des verlängerten Parallel- bzw. Mittelpunktstrahls auf der Rückseite des Spiegels

3 Varianten (siehe Bild)

Brennweite f = Abstand zwischen Linse und Brennpunkt F

\({1\over f}= {1\over g} + {1\over b}\)
 

Gegenstände werden von Wölbspiegeln so abgebildet, als würden sie in kleinerem Maßstab im Inneren des Spiegels befinden. Um den Ort eines Bildpunktes zu bestimmen, zeichnet man die vom entsprechenden Gegenstandspunkt ausgehenden Bildstrahlen auf der Rückseite des Spiegels weiter. Dabei muss man beachten, dass parallel einfallende Strahlen stets zum Brennpunkt hin abgelenkt werden und Strahlen durch den Mittelpunkt den Spiegel geradlinig durchlaufen. Die Lage des Bildes, das sich bei Betrachtung des Wölbspiegels ergibt, entspricht dem Schnittpunkt des Brennpunkt- und Mittelpunktstrahls.

Glasplatte, bei welcher die vordere oder hintere Begrenzungsfläche gebogen ist; dadurch brechen sich auch die Lichtstrahlen unterschiedlich

- parallel einfallende Lichtstrahlen werden in einem Punkt, dem Fokus F oder Brennpunkt gesammelt
- Abstand zwischen Linsenmitte und Brennpunkt gibt die Brennweite f wieder
- Kehrwert der Brennweite f ist die Brechkraft in Dioptrie (dpt = m ^-1 = 1/m)

3 Varianten (siehe Bild)
 

- Parrallestrahl wird durch die Zerstreuungslinse so gebrochen, dass die nach hinten gerichtete Verlängerung des Strahls durch den Brennpunkt verläuft
- es entsteh virtuelles, verkleinertes Bild welches innerhalb der einfachen Brennweite liegt

- Prozess der Aufnahme einer elektromagnetischen Welle in einen Stoff
- Menge der absorbierten Energie ist abhängig von der Wellenlänge, Einfallswinkel und den Eigenschaften des Stoffes (Temperatur, Absorptionsgrad, Material- und Oberflächenbeschaffenheit)
- bei der Schwächung handelt es sich um exponentiell abfallende Funktion
 

- Licht wird beim Einfall in das Auge an der Hornhaut und der Linse gebrochen
- durch Ziehen der Ziliarmuskeln wird die Krümmung an der Linse verändert und sie wird dübber oder dicker und kann dadurch das Auge Nah- und Fernakkomodation betreiben

- Augapfel ist zu lange
- Brechkraft der Linse zu stark
- das erzeugte Bild liegt vor der Netzhaut
- Konkavlinse kann Brennpunkt zur Retina zurücksetzen

- Augapfel ist zu kurz
- Brechkraft der Linse zu schwach
- zur Korrektur wird eine Konvexlinse benötigt welche den Brennpunkt nach vorne rückt

- Hornhaut ist ungleichmäßig gekrümmt
- Punkt wird nicht als Punkt gesehen sondern als Stab
- kann durch Zylinderlinse korrigiert werden

- Linsenfehler, bei welchem Strahlen am Rande der Linse so stark gebrochen werden, dass diese bereits vor dem Brennpunkt schneiden
- kann durch asymmetrische Linse korrigiert werden

unterschiedliche Farben werden unterschiedlich gebrochen, so dass ein farbverschwommenes Sehen zustande kommt