Sexl Physik 7, Schulbuch

Beispiel 1: Die atmosphärische Strahlenbrechung Das Licht der Sterne muss auf dem Weg zur Erde die Atmosphäre durchqueren. Die Dichte der Luft wächst nach unten an und die Brechzahl nimmt zu, daher wird ein schräg einfallender Lichtstrahl fortlaufend zum Lot gebrochen und gekrümmt ( 57.5 ). Das Auge sieht eine Lichtquelle stets in der rückwärtigen Verlängerung des einfallenden Strahls, daher erscheinen alle Sterne mehr oder weniger angeho- ben. Diese Anhebung kann in der Nähe des Horizontes bis zu einem halben Grad betra- gen. Die in geometrischer Hinsicht bereits untergegangene Sonne ist daher wegen der atmosphärischen Strahlenbrechung noch voll sichtbar! Da der untere Sonnen- rand durch die Brechung stärker angehoben wird als der obere, erscheint die Son- ne am Horizont abgeplattet. Beispiel 2: Fata Morgana und Luftspiegelung Wird der Erdboden durch Sonnenbestrahlung stark erwärmt, so bildet sich unmit- telbar über dem Boden eine warme Luftschicht. Lichtstrahlen, die schräg auf diese heiße Luftschicht auftreffen, werden gekrümmt ( 58.1 ). Die heiße Luftschicht wirkt gewissermaßen als Spiegel und kann bei hellem Himmel eine Wasserfläche vortäuschen. Diese Erscheinung ist häufig an heißen Tagen auf Asphaltstraßen zu beobachten und als Fata Morgana bekannt. An heißen Tagen bildet sich in größerer Höhe eine ausgedehnte warme Luftschicht geringer Dichte aus. An dieser Schicht werden schräg auftreffende Strahlen reflektiert. Ferne Landschaften, mit freiem Auge oft nicht sichtbar, hängen gespenstisch am Himmel. Optische Instrumente Optische Geräte, wie Brillen, Lupen, Mikroskope, Fernrohre oder Projektoren er- zeugen Bilder von Gegenständen. Die Bilder können den Gegenstand vergrößert oder verkleinert, aufrecht oder verkehrt, seitenrichtig oder seitenverkehrt zeigen. Dazu werden neben Glasprismen vor allem Sammel- und Zerstreuungslinsen ver- wendet bzw. auch kombiniert. Untersuche, überlege, forsche: Optische Instrumente 58.1 E 1 Untersuche verschiedene Brillen und probiere aus, wie durch das Aufsetzen einer Brille Bilder von Gegenständen verändert werden. 58.2 E 1 Hast du zu Hause optische Linsen? In welchen Geräten werden sie verwen- det? 58.3 W 2 Informiere dich über die Bauweise eines modernen Lichtmikroskops. Mikroskop und Fernrohr sind auch aus historischer Sicht interessant. Stelle eine Präsentation über die Geschichte dieser Instrumente zusammen. In welcher Weise haben sie das Leben der Menschen verändert? Ist ein Gegenstand sehr klein, so bringen wir ihn näher an das Auge heran, um ihn genauer betrachten zu können. Auf diese Weise vergrößern wir den Sehwinkel, also den Winkel, unter dem wir den Gegenstand sehen und damit sein Bild auf der Netzhaut ( 58.3 ). Weit entfernte Gegenstände kann man zumeist nicht näher bringen, bei nahen Gegenständen besteht das Problem der begrenzten Akkommo- dationsfähigkeit der Augenlinse. Mikroskope und Fernrohre vergrößern den Seh- winkel. Dazu werden optische Linsen miteinander kombiniert. Beim Lichtmikro- skop werden im einfachsten Fall zwei Sammellinsen verwendet: das Okular und das Objektiv. Das Objektiv ist eine stark brechende Sammellinse mit einer Brenn- weite von nur wenigen mm. Es erzeugt ein stark vergrößertes Bild. Dieses wird durch das Okular wie mit einer Lupe betrachtet. Die Vergrößerung ist das Produkt aus Objektiv- und Okularvergrößerung (z. B. 25 × 8 = 200 fach ). Auch beim Fern- rohr entsteht ein Zwischenbild, das aber aufgrund der großen Entfernung des Ge- genstands von der Linse stark verkleinert ist. Das Zwischenbild wird durch das Okular wie durch eine Lupe betrachtet. Die Vergrößerung ist umso größer, je grö- ßer die Brennweite des Objektivs und je kleiner die Brennweite des Okulars ist. Ein größerer Objektivdurchmesser bewirkt, dass sich die Helligkeit des Bildes erhöht, was besonders für astronomische Fernrohre wichtig ist.  58.1 Entstehung einer Luftspiegelung: Die Luftschicht in Bodennähe ist wärmer (optisch dünner) als die darüber liegende (optisch dich- tere). Ein Lichtstrahl, der aus der kälteren Schicht kommt, wird an den wärmeren, boden- nahen Schichten reflektiert und gekrümmt. Voraussetzung ist, dass die Schichtung stabil ist. F F 58.2. Die Verzögerung einer ebenen Welle in einer Sammellinse und einer Zerstreuungs- linse. Bei der Sammellinse wird die Lichtwelle nach dem Durchgang durch die Linse in einem Punkt, dem Brennpunkt gesammelt, bei der Zerstreuungslinse von diesem Punkt wegge- streut. Exakt gilt dies nur für sehr dünne Linsen und achsenparallele Lichtbündel. Den Abstand zwischen Brennpunkt und Mitte der Linse bezeichnet man als Brennweite f . c d c’, d’  58.3 Gegenstände, die wir unter demselben Sehwinkel φ sehen, erscheinen uns gleich groß. 58 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN Nur zu P üfzwecken – Eigentum des Verlags öbv