Sexl Physik 7, Schulbuch

Das Auflösungsvermögen des Auges: Treten Lichtstrahlen durch die Pupille eines Auges, dann erzeugen sie auf der Netzhaut kein punktförmiges Bild, sondern Beu- gungsscheibchen. Die Größe der Beugungsscheibchen hängt von der Größe der Pupille und der Wellenlänge des Lichts ab. Bei Menschen schwankt der Pupillen- durchmesser zwischen 1,5 mm (helles Tageslicht) und 8mm (Nacht), das dazu- gehörige Beugungsscheibchen hat einen Durchmesser von einigen Mikrometern. Für D = 3mm und λ = 600nm ergibt sich ein noch auflösbarer Sehwinkel von 1' . Zwei Punkte können also nur dann getrennt wahrgenommen werden, wenn sie un- ter einem Sehwinkel von rund einer Winkelminute betrachtet werden (etwa 1mm aus 6m Entfernung). Dieser Wert entspricht auch der Dichte der Sehzellen auf der Netzhaut. Der Durchmesser eines Beugungsscheibchens beträgt etwa 6 μ m , dies entspricht etwa dem mittleren Abstand zweier Zapfen auf der Netzhaut.  2.3 Polarisation des Lichts Licht ist eine elektromagnetische Welle, also eine Transversalwelle und daher po- larisierbar. Die Erzeugung von polarisiertem Licht Polarisiertes Licht kann man auf verschiedene Weise herstellen. Wir beschränken uns auf zwei besonders wichtige Verfahren: auf die Erzeugung durch Polarisati- onsfilter und auf die Erzeugung durch Reflexion an durchsichtigen Körpern . Po- larisationsfilter (kurz Polfilter) sind durchsichtige Kunststofffolien, die aus langge- streckten Molekülen aufgebaut sind. In unseren Überlegungen beschränken wir uns auf linear polarisiertes Licht . Unter linear polarisiertem Licht versteht man Licht, dessen Schwingungsebene konstant ist. Experiment: Kreuzung von Polfiltern 66.1 E 1 Du brauchst : 2 Polfilter Betrachte deine Umgebung durch einen Polfilter. Lege den zweiten Filter über den ersten und drehe ihn langsam. Was beobachtest du? Blickt man durch einen Filter, so wird man außer einer geringfügigen Verdunke- lung keine Veränderung feststellen. Erst wenn man den zweiten Filter darüberlegt, erkennt man eine deutliche Änderung der Helligkeit. Bei einer bestimmten Stel- lung der Filter zueinander (man sagt, die Filter sind „gekreuzt“), wird kein Licht mehr durchgelassen. Dreht man nun den zweiten Filter um 90°, so tritt das Licht fast ungeschwächt durch die Filter. Man bezeichnet den ersten Filter als Polarisa- tor , den zweiten als Analysator . Es ergibt sich also folgendes Resultat: Stehen Polarisator und Analysator „parallel“, so wird Licht durchgelassen. Stehen Polarisator und Analysator „gekreuzt“, so tritt kein Licht hindurch. Dieses Experiment lässt sich mit dem Modell einer longitudinalen Lichtwelle nicht erklären, wohl aber mit dem Modell einer transversalen Lichtwelle . Man muss nur annehmen, dass Polarisationsfilter eine optische Vorzugsrichtung haben. Licht kann durch einen Polarisationsfilter hindurchtreten, wenn es parallel zur opti- schen Vorzugsrichtung schwingt; es wird im Filter absorbiert, wenn seine Schwin- gungsrichtung senkrecht zur Vorzugsrichtung des Filters steht. Schwingt das Licht schräg zur Vorzugsrichtung, so kann man sich den linear polarisierten Wellenzug in zwei Komponenten zerlegt denken, die parallel und senkrecht zur Vorzugsrich- tung schwingen. Die parallel schwingende Komponente wird durchgelassen, die senkrecht schwingende Komponente wird absorbiert. Dreht man daher den Analy- sator aus der „parallelen“ Stellung um 90° in die „gekreuzte“ Stellung, so nimmt die Helligkeit des durchgehenden Lichts allmählich ab und erreicht in der „gekreuz- ten“ Stellung den Wert Null. Die vollständige Dunkelheit bei gekreuzten Filtern be- weist zugleich, dass die Lichtwellen reine Transversalwellen sind und nicht etwa aus einem Gemisch longitudinaler und transversaler Wellen bestehen. Höhe h s Augenposition rot  66.1 Bestimmung des Spurabstands einer CD. Positioniere die Lampe 40 cm über dem Mittelpunkt der CD. Blicke zunächst senkrecht auf die CD und entferne dich dann langsam von dieser Senkrechten, bis du das rote Ende des Beugungsspektrums erster Ordnung wahr- nimmst. (Der Durchmesser des inneren Randes beträgt ca. 4 cm). m m r f   66.2 Zwei Lichtquellen können noch unter- schieden werden, wenn das eine Beugungs- scheibchen auf den ersten dunklen Ring des anderen fällt. σ m ist der minimale Sehwinkel- abstand 66.3 Teleskope auf der Erde erreichen wegen Turbulenzen in der Atmosphäre nur ein maxi- males Auflösungsvermögen von 1 Winkel- minute, das Weltraum Teleskop Hubble da- gegen 0,05 Winkelminuten. 66 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN Nur zu P üfzwecken – Eigentum des Verlags öbv