Optik
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Flashcards
Optik
Lehre vom Licht genannt, ist ein Gebiet der Physik und beschäftigt sich mit der Ausbreitung von Licht sowie dessen Wechselwirkung mit Materie, insbesondere im Zusammenhang mit optischen Abbildungen
Unter Licht wird in der Regel der sichtbare Teil des elektromagnetischen Spektrums im Bereich 380 nm und 780 nm verstanden
Teilchen - Welle - Dualismus
- 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
Brechung
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
Reflexion
- 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)
ebener Spiegel
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
Hohlspiegel / Konkavspiegel
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
\({1\over f}= {1\over g} + {1\over b}\)
Konvexspiegel
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.
Linsen
Glasplatte, bei welcher die vordere oder hintere Begrenzungsfläche gebogen ist; dadurch brechen sich auch die Lichtstrahlen unterschiedlich
Absorption
- 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
chromatische Aberration
unterschiedliche Farben werden unterschiedlich gebrochen, so dass ein farbverschwommenes Sehen zustande kommt