Sexl Physik 7, Schulbuch

| 40 Zusammenfassende Übersicht Lichtausbreitung Die Lichtgeschwindigkeit c im Vakuum beträgt 299792 458 m/s (ca. 300 000 km/s ). In Materie ist die Lichtgeschwindigkeit kleiner als im Vakuum. Die Lichtausbreitung lässt sich mit dem Huygens’schen Prinzip beschreiben: Punkte, die von einer Welle zur glei­ chen Zeit erreicht werden, bilden eine Wellenfläche. Jeder Punkt dieser Fläche kann als Ausgangspunkt einer Ele­ mentarwelle angesehen werden. Die Überlagerung aller Elementarwellen ergibt die beobachtete Welle. Wechselwirkung mit Materie Reflexion und Brechung: Fällt Licht auf Materie, so wird ein Teil des Lichts absorbiert, ein Teil wird reflektiert und bei durchsichtigen Stoffen ein Teil unter Richtungsände­ rung durchgelassen (gebrochen). Reflexionsgesetz: Der einfallende Strahl, das Lot auf die Körperoberfläche und der reflektierte Strahl liegen stets in einer Ebene. Der Reflexionswinkel α ’ ist stets gleich groß wie der Einfallswinkel α . Brechungsgesetz: Einfallender Strahl, Lot und gebrochener Strahl liegen stets in einer Ebene. Für den Übergang von Vakuum in ein Medium gilt sin α / sin β = c / c m = n . n ist die Brechzahl des Mediums. Reflexions und Brechungsgesetz lassen sich aus dem Fermat’schen Prinzip herleiten: Licht nimmt immer den Weg, für den es die kürzeste Zeit benötigt. Auf diesen Ge­ setzen beruhen die geometrische Optik und die Konstruk­ tion optischer Instrumente (Linsen, Mikroskop, Fernrohr, etc.). Totalreflexion tritt auf, wenn Licht vom optisch dich­ teren Medium ins optisch dünnere tritt und dabei der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel β G ist. Es gilt sin β G = 1/ n . Dispersion ist die Abhängigkeit der Brechzahl von der Fre­ quenz des Lichts. Sie ist Ursache für die Entstehung eines Prismenspektrums. Rotes Licht wird weniger stark gebro­ chen als blaues. Welleneigenschaften des Lichts Beugung, Interferenz und Polarisation sind Belege für die Wellennatur des Lichts. Beugung ist der Übertritt von Wellen in den geometrischen Schattenraum. Beugung tritt auf, wenn eine Lichtwelle auf eine oder mehrere eng nebeneinanderliegende schmale Öff­ nungen (z. B. enger Spalt, Doppelspalt oder Beugungsgitter) trifft. Die Wellenlänge des Lichts kann mittels der Beugung am Strichgitter gemessen werden. Für das Maximum kter Ord­ nung gilt die Beziehung: sin φ = k· λ / d k = 0, 1, 2, …, Gitter­ konstante d , Beugungswinkel φ ) Spektralfarben entsprechen sichtbarem Licht einer ein­ zigen Wellenlänge (monochromatisches Licht). Rotes Licht hat die größte Wellenlänge, violettes die kleinste. Sie liegen im Bereich von ca. 700 bis 400 nm . Weißes Licht ist ein Ge­ misch aller Spektralfarben. Mit einem Beugungsgitter kann man weißes Licht in seine Spektralanteile zerlegen. Interferenz bedeutet, dass Wellen einander überlagern und dabei verstärken oder schwächen. Interferenzen treten auf, wenn Lichtstrahlen an der Ober und Unterseite einer dün­ nen Schicht (Seifenlamelle, Ölfilm) reflektiert werden. Licht ist eine Transversalwelle . Natürliches Licht hat kei­ ne ausgezeichnete Schwingungsrichtung. Führt man Licht durch einen Polarisationfilter wird es linear polarisiert , d. h. es schwingt nur in einer Ebene. Optisch aktiv nennt man Substanzen, die längs der opti­ schen Achse die Schwingungsebene des Lichts verdrehen (Quarz, Flüssigkristalle, Milch, Zuckerlösung usw.). 40.1 Welche Funktion erfüllen Farben in der Natur? Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv