Grundlagen der Optik: Theorien, Lichtgeschwindigkeit und Gesetze
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Natur des Lichts
1. Korpuskulartheorie
Nach Pythagoras und Newton besteht Licht aus kleinen Teilchen (Korpuskeln), die von Körpern emittiert werden. Beim Auftreffen auf Grenzflächen zwischen zwei Medien werden diese Teilchen reflektiert oder gebrochen.
- Reflexionsgesetz: Einfallender Strahl, Lot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene. Einfallswinkel gleich Reflexionswinkel.
- Brechungsgesetz: Einfallender Strahl, Lot und gebrochener Strahl liegen in einer Ebene. Das Verhältnis der Sinuswerte von Einfallswinkel und Brechungswinkel ist umgekehrt proportional zum Verhältnis der Ausbreitungsgeschwindigkeiten: sin(i) / sin(r) = v1 / v2.
2. Wellentheorie
Licht breitet sich als Welle aus. Trifft eine Wellenfront auf eine Grenzfläche, wird ein Teil reflektiert und ein Teil gebrochen. Das Verhältnis der Sinuswerte entspricht dem Verhältnis der Geschwindigkeiten: sin(i) / sin(r) = v1 / v2. Die Lichtgeschwindigkeit c beträgt ca. 299.792.458 m/s.
3. Welle-Teilchen-Dualismus
Louis de Broglie postulierte, dass Licht sowohl Wellen- als auch Teilcheneigenschaften besitzt. Diese Hypothese gilt für alle Materieteilchen (z. B. Elektronen).
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts
Die Messung der Lichtgeschwindigkeit erfolgte historisch durch:
- Rømer: Beobachtung der Jupitermonde.
- Fizeau: Verwendung eines Zahnrads zur Messung der Laufzeit über eine definierte Strecke.
Geometrische Optik
Die Optik unterteilt sich in:
- Physikalische Optik: Untersuchung von Wellenphänomenen.
- Geometrische Optik: Untersuchung der Lichtausbreitung basierend auf der geradlinigen Ausbreitung, Unabhängigkeit der Lichtstrahlen, Reflexion und Brechung.
Brechungsindex
: Relativ: der Schleier d d coef Ausbreitung von Licht in den Medien Ambs. Zähler: Geschwindigkeit DNDE d d Licht kommt. Nenner d Lichtgeschwindigkeit wohin es geht. n = 21V 1/ V 2I. Absolut:der Brechung relative etwa die Hälfte leer ind -> n = 1C / V 1n 2= C / V 2-> n = 21V 1/ V 2= (C / V 2) / (C / V 1) = n 2/ n 1-> seni / sin t = 1V / V 2n = 21= n 2/ n 1-> n 1= n 2sin t seni
Kritische Winkel und Totalreflexion: Licht von einem Medium zum anderen aber refringete weniger refringete -> n1> n 2-> sin t = n 1/ n 2seni r 1sin t 2= n 1/ n 2seni> seni -> r> i. Wenn der Wert des Winkels aumentams incid, könnte man momnt in Q erreicht 90 0(ang limit). Wenn die aumentms weg von diesem ang ist seni> 1.Si das einfallende Licht in einem Winkel incidn + ql refringnt durch Brechung und die incidncia d> ql ang Grenze bedeutet, dass es sowohl rfraccion total.
P. Fermat: q Das Licht braucht Zeit, um den Abstand zwischen zwei punts Reise entspricht einer extremen Wert (zwischen A und B) At = ? dS / V = 1 / C ? (C / V) dS = 1 / C ? nds. Est Prinzip gibt Stimme braucht Zeit q t = [(? x2 + 2) / V 1] + [(? (dx) 2) / V 2] -> Ableitung dt / dx = [x / (? x 2+ a 2) / V 1]+[-( dx ) / (? (d 2-x 2) + b 2)]--> despjand und c multipliziert -> n 1= n 2sin t seni