Grundlagen der Optik: Licht, Reflexion und Brechung

Lichtgeschwindigkeit im Vakuum

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt ca. 300.000 km/s.

Elektromagnetische Wellen

Elektromagnetische Wellen sind Wellen, die sich im Vakuum ausbreiten können.

Was ist Licht?

Licht ist die Art von elektromagnetischer Strahlung, die vom menschlichen Auge wahrgenommen werden kann.

Sichtbarer Bereich

Das menschliche Auge kann Frequenzen im Bereich von 4x10¹⁴ Hz bis 8x10¹⁴ Hz wahrnehmen.

Eigenschaften des Lichts

• Licht breitet sich geradlinig aus.
• Licht wird reflektiert und gebrochen.

Sonnen- und Mondfinsternis

• Sonnenfinsternis: Der Mond schiebt sich zwischen Sonne und Erde. Beobachter befinden sich entweder im Kernschatten oder im Halbschatten (Penumbra).
• Mondfinsternis: Die Erde schiebt sich zwischen Sonne und Mond.
• Totale Finsternis: Der Mond verdeckt die Sonne vollständig, wodurch es dunkel wird.

Reflektiertes Licht

Unter Reflexion versteht man die Richtungsänderung eines Lichtstrahls an einer Oberfläche. Das reflektierte Licht breitet sich im gleichen Medium aus wie das einfallende Licht.

Grundgesetze der Reflexion

Der einfallende Strahl, der reflektierte Strahl und das Lot (die Normale) liegen in der gleichen Ebene. Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel.

Arten der Reflexion

• Spiegelung: Eine glatte Oberfläche reflektiert das Licht in eine einheitliche Richtung.
• Diffuse Reflexion: Eine raue Oberfläche streut das Licht in verschiedene Richtungen.

Gekrümmte Spiegel

• Konkavspiegel: Gekrümmte Oberfläche mit nach innen gewölbtem Zentrum.
• Konvexspiegel: Gekrümmte Oberfläche mit nach außen gewölbtem Zentrum.

Lichtbrechung

Die Lichtbrechung tritt auf, wenn Licht von einem transparenten Medium in ein anderes mit unterschiedlicher Dichte übergeht. Dabei ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit, was zu einer Ablenkung des Strahls führt.

Gesetze der Brechung

Der gebrochene Strahl, der einfallende Strahl und das Lot liegen in der gleichen Ebene.

Der gebrochene Strahl nähert sich dem Lot, wenn er von einem optisch dünneren in ein optisch dichteres Medium übergeht. Umgekehrt entfernt sich der Strahl vom Lot, wenn er in ein Medium übergeht, in dem er sich schneller ausbreitet.