Physikalische Phänomene: Wellen, Licht und Quanten

Wellen: Beugung

Dieses Phänomen tritt auf, wenn ein Hindernis die Ausbreitung eines Teils der Wellenfront verhindert. Punkte der Wellenfront, die nicht durch das Hindernis blockiert werden, fungieren gemäß dem Huygens-Prinzip als Zentren für neue Wellenfronten. Dadurch kann sich die Welle um das Hindernis herum ausbreiten und dahinter verbreiten.

Polarisation

Wellen, die parallel zum Schlitz verlaufen, können auf die andere Seite gelangen, da sie korrekt ausgerichtet sind. Transversalwellen schwingen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Teilchen.

Interferenz

Zwei Wellen, die von verschiedenen Quellen produziert werden und sich im gleichen Medium ausbreiten, überschneiden sich in einem Punkt. Störungen sind kohärent, wenn sie folgende Merkmale aufweisen: gleiche Amplitude, gleiche Frequenz und eine konstante Phasenbeziehung.

Stehende Wellen

Diese Wellen treten auf, wenn Wellen in einem räumlich begrenzten Bereich reflektiert werden und hin und her laufen. Sie erhalten diesen Namen, da sich das Profil der Welle nicht bewegt. Es gibt feste Punkte, sogenannte Knoten, an denen die Amplitude null ist, und andere Punkte, sogenannte Bäuche, an denen die Amplitude maximal ist.

Licht

Die astronomische Refraktion ist für optische Täuschungen, die sogenannte Fata Morgana, verantwortlich. Sie entsteht durch ungleiche Brechungsindizes in Luftschichten mit unterschiedlichen Temperaturen. Wenn sich die Luft in Bodennähe erwärmt, wird das Licht von weit entfernten Objekten nach oben gebogen; umgekehrt verhält es sich bei Abkühlung. In der Nacht kehrt sich dieser Effekt um: Die Luftschicht in Bodennähe ist kalt, und das Licht erscheint als flackernde Lichter in der Luft. Die atmosphärische Refraktion kann einige Fälle von UFO-Sichtungen erklären.

Optische Instrumente

• Lupe: Es handelt sich um eine konvexe Sammellinse. Um ein Objekt klar zu sehen, muss man es in den Nahpunkt des Auges bringen (ca. 25 cm). Die Lupe ermöglicht eine Vergrößerung des Sehwinkels, sodass das Objekt größer erscheint. Lage: innerhalb der Brennweite, das Bild ist virtuell, aufrecht und vergrößert.
• Mikroskop: Besteht aus zwei Sammellinsen mit kurzer Brennweite. Das Objektiv bildet ein reelles, umgekehrtes und vergrößertes Bild des Objekts ab. Das Okular (die Linse nahe am Auge) vergrößert das durch das Objektiv erhaltene Bild weiter. Das resultierende Bild ist umgekehrt, virtuell und vergrößert.

Quantenphysik

Schwarzer Körper

Ein schwarzer Körper ist ein idealer Absorber, der alle auf ihn treffenden Strahlen für alle Wellenlängen aufnimmt. Obwohl kein perfekter schwarzer Körper bekannt ist, kann ein Material mit einem Hohlraum, der durch ein kleines Loch mit der Außenwelt verbunden ist, als solcher betrachtet werden. Strahlung dringt durch das Loch in den Hohlraum ein und wird dort vollständig absorbiert.