Grundlagen der Optik: Reflexion, Farben und das Auge

Die Reflexion des Lichts

Die Reflexion des Lichts ist die Richtungsänderung, die ein Lichtstrahl erfährt, wenn er auf die Oberfläche eines Körpers trifft.

Arten der Reflexion

• Spiegelnde Reflexion: Tritt auf, wenn Licht auf eine polierte Oberfläche, wie einen Spiegel, trifft und gebündelt reflektiert wird.
• Diffuse Reflexion: Tritt auf, wenn die Oberfläche rau ist und das Licht in alle Richtungen gestreut wird.

Gesetze der Reflexion

Die Reflexion von Licht an einer ebenen Fläche folgt zwei grundlegenden Gesetzen:

1. Der einfallende Strahl, der reflektierte Strahl und das Lot liegen in derselben Ebene.
2. Der Einfallswinkel ist gleich dem Reflexionswinkel.

Farben, Wellenlänge und Dispersion

Die verschiedenen elektromagnetischen Wellen, die wir als Farben (Rot, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett) interpretieren, unterscheiden sich nur in ihrer Wellenlänge und somit auch in ihrer Frequenz. Farben sind eine Schöpfung unserer Wahrnehmung, da unsere Augen in der Lage sind, Licht unterschiedlicher Frequenzen zu unterscheiden.

Wir sehen Pflanzen zum Beispiel grün, weil sie Licht aller Frequenzen absorbieren, mit Ausnahme des Frequenzbereichs, der der Farbe Grün entspricht. Dieser wird reflektiert. Wenn weißes Licht gebrochen wird, werden die Wellen in ihre verschiedenen Frequenzen aufgespalten. Diesen Vorgang nennen wir Dispersion.

Das menschliche Auge: Eine Analogie zur Kamera

• Die Iris regelt die Öffnung der Pupille und damit die Menge des Lichts, das auf die Netzhaut trifft. Sie verhält sich wie die Blende einer Kamera.
• Die Linse, eine klare Struktur, die ihre Form ändern kann, um Lichtstrahlen auf der Netzhaut zu bündeln, dient als Objektiv.
• Die hintere Augenkammer, ausgefüllt vom Glaskörper, kann mit der Dunkelkammer eines Fotoapparats verglichen werden.
• Die Netzhaut, die lichtempfindliche innere Schicht, die durch Lichtstrahlen gereizt wird, verhält sich wie der Film in einer Kamera.

Fehlsichtigkeiten des Auges

Die meisten Fehlsichtigkeiten treten auf, weil das Bild nicht exakt auf der Netzhaut abgebildet wird. Dies kann zwei Hauptursachen haben: Der Augapfel ist zu lang oder zu kurz, oder die Linse kann ihre Krümmung nicht ausreichend anpassen, um das Bild auf der Netzhaut zu fokussieren.

Arten von Fehlsichtigkeiten

• a) Myopie (Kurzsichtigkeit): Bei einem kurzsichtigen Auge wird das Bild vor der Netzhaut gebildet. Dies kann durch Zerstreuungslinsen (divergierende Linsen) korrigiert werden.
• b) Hyperopie (Weitsichtigkeit): In diesem Fall entsteht das Bild hinter der Netzhaut. Dieser Fehler kann durch Sammellinsen kompensiert werden.
• c) Astigmatismus (Stabsichtigkeit): Bilder erscheinen verzerrt, da die Hornhaut unregelmäßig verformt ist. Dies wird mit zylindrischen Linsen korrigiert.
• d) Presbyopie (Alterssichtigkeit): Hierbei handelt es sich um die Unfähigkeit, nahe Objekte scharf zu sehen. Dies ist auf die nachlassende Elastizität der Linse zurückzuführen und wird auch als Altersweitsichtigkeit bezeichnet.