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Die Optik ist ein Teilgebiet der Physik. Sie beschäftigt sich mit der Ausbreitung des Lichtes, der Reflexion und der Brechung, der Bildentstehung an Spiegeln und Linsen, optischen Geräten, der Entstehung von Farben und den Gesetzen der Farbmischung sowie der Frage, was Licht eigentlich ist.

Mechanische Wellen, z. B. Wasserwellen oder Schallwellen, breiten sich von einem Erreger aus mit einer bestimmten Geschwindigkeit, der Ausbreitungsgeschwindigkeit, aus. Mit Wellen wird Energie, aber kein Stoff transportiert. Wellen können reflektiert und gebrochen werden. Typische Eigenschaften von Wellen sind die Beugung und die Interferenz (Überlagerung).

Der niederländische Physiker CHRISTIAAN HUYGENS (1629-1695) entwickelte im Zusammenhang mit Vorstellungen über das Wesen des Lichtes das nach ihm benannte Prinzip der Ausbreitung von Wellen:

Jeder Punkt, der von einer Welle getroffen wird, ist Ausgangspunkt einer kreis- oder kugelförmigen Elementarwelle. Die Elementarwellen überlagern sich zu einer neuen Wellenfront.

Mithilfe des huygensschen Prinzips kann man die Ausbreitung von Wellen, die Reflexion und Brechung sowie die Beugung beschreiben und erklären.

Alles, was mit den Ohren wahrgenommen werden kann, ist Schall. Schall geht von Schallquellen aus. Seinem Wesen nach ist Schall eine longitudinale mechanische Welle, bei der sich zeitlich periodisch der Druck ändert. Schall breitet sich in einem Stoff mit einer bestimmten Geschwindigkeit, der Schallgeschwindigkeit, aus. Er kann reflektiert, gebrochen und absorbiert werden. Da Schall eine mechanische Welle ist, treten bei Schallwellen auch Beugung und Interferenz auf.

Der Übergang von Licht aus dem Vakuum in einen anderen Stoff kommt auf der Erdoberfläche praktisch nicht vor. Hier beobachtet man im Grunde immer nur die Übertritte von Licht zwischen zwei beliebigen lichtdurchlässigen Stoffen. Um vorhersagen zu können, ob das Licht dabei zum Einfallslot hin oder von ihm weg gebrochen wird, hat man die Begriffe optisch dichte Stoffe und optisch dünne Stoffe eingeführt.

Trifft Licht auf eine planparallele Platte aus einem durchsichtigen Stoff, so erfolgt an jeder der beiden Grenzflächen eine Brechung. Die austretenden Lichtstrahlen sind gegenüber den auftreffenden Lichtstrahlen parallel verschoben.

Prismen sind Körper aus Glas oder Kunststoff. Sie können genutzt werden, um Licht in seine Bestandteile zu zerlegen, um es in eine andere Richtung zu lenken (Umlenkprismen) oder um den Lichtweg umzukehren (Umkehrprismen). Das auffallende Licht wird dabei gebrochen bzw. total reflektiert.
Genutzt werden Prismen z. B. in Spektralapparaten sowie in optischen Geräten wie Ferngläsern und Spiegelreflexkameras.

Ein Regenbogen ist eine Naturerscheinung. Er ist zu beobachten, wenn man die Sonne im Rücken hat und eine abziehende Regenwolke von der Sonne beleuchtet wird. Charakteristisch für einen Regenbogen ist ein Farbband mit den Spektralfarben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau und Violett, wobei die Farben stets in gleicher Reihenfolge auftreten.
Manchmal ist über einem Regenbogen ein zweiter, lichtschwächerer Nebenregenbogen zu beobachten, bei dem eine umgekehrte Farbfolge zu sehen ist.

Die Optik als Teilgebiet der Physik wird in Strahlenoptik und Wellenoptik unterteilt.
Der Bereich der Optik, in dem man optische Erscheinungen mit dem Modell Lichtstrahl beschreibt, wird als Strahlenoptik bezeichnet.
Der Bereich der Optik, in dem man optische Erscheinungen mit dem Modell Lichtwelle beschreibt, wird als Wellenoptik bezeichnet.

In der Strahlenoptik geht es um die Beschreibung von Licht mit dem Modell Lichtstrahl. Damit kann man die Ausbreitung von Licht, die Bildung von Schatten oder die Entstehung einer Sonnenfinsternis beschreiben.
Die Reflexion von Licht wird bei Spiegeln genutzt, die Brechung bei Prismen und Linsen. Wichtige Anwendungen sind Lupen, Fernrohre und Mikroskope. Auch die Wirkungsweise unserer Augen lässt sich mit den Erkenntnissen der Optik erklären.

Der Test zur Strahlenoptik bietet die Möglichkeit zu prüfen, inwieweit wichtige Kenntnisse vorhanden sind und auch genutzt werden können.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Strahlenoptik".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

WISSENSTEST

Prismen sind Körper aus Glas oder Kunststoff. Sie können genutzt werden, um Licht in seine Bestandteile zu zerlegen, um es in eine andere Richtung zu lenken (Umlenkprismen) oder um den Lichtweg umzukehren (Umkehrprismen). Das auffallende Licht wird dabei gebrochen bzw. total reflektiert.
Genutzt werden Prismen z. B. in Spektralapparaten sowie in optischen Geräten wie Ferngläsern und Spiegelreflexkameras.

Grundlegende Kenntnisse über die Ausbreitung von Licht und die Wechselwirkung des Lichts mit Stoffen wurden bereits in der Sekundarstufe 1 vermittelt. Das gilt für die Schattenbildung ebenso wie für die Reflexion und die Brechung. Neu ist in der Oberstufe die Einbeziehung des huygensschen Prinzips. Damit ist bei Nutzung des Wellenmodells nicht nur eine Beschreibung, sondern auch eine Erklärung für Reflexion und Brechung möglich. Im Test geht es vorrangig darum zu prüfen, ob grundlegendes Wissen zu elementaren Grundlagen vorhanden ist und auf einfache Sachverhalte angewendet werden kann.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Ausbreitung von Licht und Wechselwirkung mit Stoffen".

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Fällt Licht geneigt auf die Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Stoffen, dann wird es in der Regel aus seiner ursprünglichen Ausbreitungsrichtung abgelenkt. Diesen Vorgang bezeichnet man als Brechung.
Die wesentliche Voraussetzung für das Zustandekommen der Brechung ist eine unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichtes in den Stoffen, die aneinander grenzen.

Die Flügel einer Libelle, eine Seifenhaut, die Oberfläche von Perlmutt oder eine dünne Ölschicht auf Wasser schillern bei Beleuchtung mit Sonnenlicht in den unterschiedlichsten Farben. Diese Farben kommen durch Interferenz zwischen dem Licht zustande, das an der Oberfläche und an der Rückseite der dünnen Schicht reflektiert wird.

Das von einer Lichtquelle ausgehende Licht breitet sich im leeren Raum und in einem Stoff geradlinig und nach allen Seiten (allseitig) aus, sofern es nicht durch andere Körper daran gehindert wird.

Der niederländische Physiker CHRISTIAAN HUYGENS (1629-1695) entwickelte das nach ihm benannte Prinzip der Ausbreitung von Wellen:

Jeder Punkt, der von einer Welle getroffen wird, ist Ausgangspunkt einer kreis- oder kugelförmigen Elementarwelle. Die Elementarwellen überlagern sich zu einer neuen Wellenfront.

Mithilfe des huygensschen Prinzips kann man die Ausbreitung von Wellen, die Reflexion und Brechung sowie die Beugung beschreiben und erklären.
Der französische Naturforscher AUGUSTIN JEAN FRESNEL (1788-1827) erweiterte das huygenssche Prinzip zum huygens-fresnelschen Prinzip, mit dem auch die Interferenz von Wellen erklärt werden kann.

Alles, was akustisch mit den Ohren wahrgenommen werden kann, ist Schall. Schall geht von Schallquellen aus. Seinem Wesen nach ist Schall eine longitudinale mechanische Welle, bei der sich zeitlich periodisch der Druck ändert. Schall breitet sich in einem Stoff mit einer bestimmten Geschwindigkeit, der Schallgeschwindigkeit, aus. Er kann reflektiert, gebrochen und absorbiert werden. Da Schall eine mechanische Welle ist, treten bei Schallwellen auch Beugung und Interferenz auf.

Mechanische Schwingungen und Wellen können wir an Teichen und Seen beobachten. Erdbebenwellen können zu verheerenden Zerstörungen führen. Ohne Schwingungen und Wellen wären Musikinstrumente undenkbar. Federschwinger und Fadenpendel sind einfache Schwinger, die sich gut mathematisch beschreiben lassen. Trotz der Vielfalt der Schwingungen und Wellen gibt es viel Gemeinsames. Das gilt vor allem für die Beschreibung und die Eigenschaften von mechanischen Schwingungen und Wellen. Im Test können Sie prüfen, wie sicher Ihre Kenntnisse aus diesem Themenbereich sind.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Mechanische Schwingungen und Wellen".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

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