Optik

OPTIK Reflexion: Einfallender Strahl

Reflektierter Strahl

Einfallswinkel α

α

Ausfallswinkel = Reflexionswinkel α’

α'

Lot

Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Reflexionswinkel α = α’

Brechung

Der Brechungswinkel (β) ist kleiner als der Einfallswinkel (α)! Es gilt: Beim Übergang vom optisch dünneren ins optisch dichtere Medium wird der Lichtstrahl zum Lot gebrochen! Brechungsgesetz: sin α sin β

=n

n = Brechungsindex konstanter Faktor, den man für jedes Material bestimmen kann

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Beispiele: • Wasser n = 1,33 • Glas n = 1,43 (bzw. 1,53) • Diamant n = 2,42 • Alkohol n = 1,36 Totalreflexion •

•

•

Grün: Reflexion Blau: Grenzwinkel der Totalreflexion: der gebrochene Strahl streift an der Grenzfläche zwischen den beiden Medien (α = 90° = βG) Rot: wird total reflektiert

Sin βG = 1/n Fata Morgana (Beispiel für eine Totalreflexion): Die heiße Luft ist optisch dünner als die kühlere Luft, die darüber liegt. Lichtstrahlen werden vom optisch dünneren Medium weg gebrochen, bis hin zur Totalreflexion. (Strahlen werden vom Lot gebrochen) Die Welle – Lichtwellen Oszillatoren = schwingende Körper (zB Pendel) 1. Longitudinalwelle Die Oszillatoren schwingen parallel zur Fortpflanzungswelle, sie hängen nicht zusammen. zB Eisenbahnwagen, Schall 2. Transversalwelle Die Oszillatoren schwingen senkrecht zur Fortpflanzungsrichtung  hängen zusammen. zB die Arme schwingen im Kreis, Wasserwellen (Energie wird transportiert, Teilchen nicht)

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Fortpflanzungsgeschwindigkeit v=

„landa “ „T“

v = „T“ x f

1 „T“

f=

T = wie lange braucht eine Welle für eine Schwingung

Frequenz: f = Anzahl der Schwingungen/s 1 Hz (Hertz) = 1 Schwingung/s Unterschied Welle – Schwingung Schwingung: 1 Oszillator schwingt Welle: viele Oszillatoren schwingen gleichzeitig (hängen zusammen) Welle im Wasser: 1 Teilchen zieht das nächste; Welle bewegt sich weiter, Oszillator bleibt aber an seinem Platz Geschwindigkeit – Frequenz „Landa“ x f = c Reflexion von Wellen a) am festen Ende

Das Seil wird bewegt, damit ein Wellenberg entsteht. Dieser geht an die Wand und in umgekehrter Richtung wieder zurück

b) am freien Ende

Tal wird Tal, Berg wird Berg

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Die Welle wird am festen oder am freien Ende reflektiert. Überlagerung von Wellen a) ungestörte Überlagerung Zeichnung siehe Heft 2 Berge treffen aufeinander, beim Aufeinandertreffen addieren sie sich und gehen dann wieder auseinander. Sie werden nicht breiter, sondern nur höher. b) Konstruktive Interferenz Aus den Wellen A1 und A2 entsteht die Welle A  resultierende Welle Kein Gangunterschied, d=0 (bzw. d=landa) Gleiche f Wenn Berg und Tal aufeinander treffen entsteht eine konstruktive Überlagerung!

c) Destruktive Interferenz D = Landa / 2 Gleiche f Gleiche Amplitude A = resultierende Welle

Beugung Beugung ist der Übergang von Wellen in den geometrischen Schattenraum. Der Spalt muss in etwa eine Breite haben, die der Wellenlänge entspricht.

Durch Beugung abgelenktes Licht im geometrischen Schatten

Durch Beugung abgelenktes Licht im geometrischen Schatten

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Beugung am Doppelspalt:

• •

= „landa“

• •

•

„landa“ = Wellenlänge α (im Heft φ) = Winkel der Ablenkung d = Abstand der Spalten x = Abstand zwischen Maximum 0. Ordnung und Maximum 1. Ordnung Formel im Bild brauchen wir nicht!!

x

Das zentrale Maximum nennt man Maximum 0. Ordnung. Die weiteren Maxima werden durchnummeriert: 2. Ordnung

0. Ordnung 1. Ordnung

2. Ordnung

1. Ordnung

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