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OPTIK |
1. Ausbreitung des Lichts |
2. Reflexion des Lichts |
3. Brechung |
4. Totalreflexion |
5. Naturerscheinungen |
Man unterscheidet:
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Lichtbündel:
paralleles
divergentes (auseinanderlaufend) konvergentes (zusammenlaufend) |
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Geschichte:
Olaf Römer (1644 bis 1710) berechnete im Jahre 1675 nach mehrfacher Beobachtung des Eintritts des innersten Jupitermondes in den Kernschatten des Planeten die Zeitpunkte der zukünftigen Mondverfinsterungen. Ein halbes Jahr später stellte er jedoch fest, dass sich die Mondfinsternis um 1000 Sekunden verzögerte. Es handelt sich um die Zeit, die das Licht zusätzlich benötigt, um den doppelten Erdumlaufbahnradius zurückzulegen.
Daraus errechnet sich für die Geschwindigkeit des Lichts: c = 300.000 km/s
Glatte Körperoberflächen reflektieren das Licht gerichtet oder regelmäßig.
Reflexion von Lichtbündeln:
Versuch: | Ein Lichtstrahl trifft auf den Mittelpunkt eines halbkreisförmigen Glaszylinders. |
Ergebnis: | Trifft ein Lichtstrahl auf die Grenzfläche zweier Medien, so wird
er in seiner Richtung abgelenkt. Diese Erscheinung heißt Brechung
des Lichts.
Beim Übergang von Luft in Glas wird ein Lichtstrahl zum Lot hin gebrochen. Man sagt, Glas ist optisch dichter als Luft. Beim Übergang von Glas in Luft wird das Licht vom Lot weg gebrochen. Man sagt, Luft ist optisch dünner als Glas. |
Versuch: | Ein Lichtstrahl wird an der Grenzfläche Luft-Glas gebrochen. Zusammengehörende Einfallswinkel a und Brechungswinkel b werden gemessen. Eingezeichnet und gemessen werden die jeweils zugehörigen Halbsehnen a und b. |
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Festlegung:
Brechungsgesetz
Die für ein bestimmtes Medienpaar charakteristische Konstante n heißt Brechungszahl.
Einfallender Lichtstrahl, gebrochener Lichtstrahl und Einfallslot liegen
in der gleichen Ebene, welche senkrecht auf der Grenzfläche liegt.
Aufgabe: | Ein Lichtstrahl fällt unter einem Einfallswinkel von 45° auf die Grenzfläche Luft-Wasser (n = 1,33). Konstruiere den gebrochenen Lichtstrahl. |
Infolge zweimaliger Brechung erfährt ein Lichtstrahl beim Durchgang durch eine planparallele Platte eine Parallelverschiebung. Das Maß der Parallelverschiebung wird umso größer, je dicker die Platte, je größer der Einfallswinkel und je größer die optische Dichte (n) sind. | ![]() |
Durch zweimalige Brechung erfährt ein Lichtstrahl eine
starke Richtungsänderung. Die Gesamtablenkung (Winkel ![]() ![]() |
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Überschreitet beim Übergang von einem optisch dichteren in
ein optisch dünneres Medium der Einfallswinkel einen bestimmten Grenzwinkel
eo, so wird der Lichtstrahl totalreflektiert. Für die Totalreflexion
gilt das Reflexionsgesetz: ![]() ![]()
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Technische Anwendungen der Totalreflexion
Glasfaserkabel
Sterne scheinen nach heißen Sommertagen höher am Horizont zu stehen. Ursache hierfür ist die mehrmalige Brechung des Lichts an den unterschiedlichen Schichten der Lufthülle. | ![]() |
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Die Sonne ist vor ihrem Untergang oval und nach unten zunehmend rot. Ursache hiefür ist die unterschiedliche Brechung des Lichts in den verschiedenen Höhen. |
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Eine Straße scheint an heißen Tagen nass und es sind Spiegelbilder zu sehen. Das Licht wird an den heißen Luftschichten wegen des großen Einfallswinkels totalreflektiert. | ![]() |