Strahlenoptik

1.1. Strahlenoptik

In der geometrischen Optik wird Licht durch Strahlen oder Strahlenbündel beschrieben.

Licht breitet sich geradlinig aus in einem homogenen Medium. Lichtstrahlen durchqueren einander ungestört. Anwendung: Lochkamera (Camera obscura)

Sonnentaler
Sonnenlicht fällt durch Öffnungen in den Jalousien auf die Schulwandtafel (Rastergrösse 5 cm). Die Lichtflecken sind rund, obwohl die Löcher in den Jalousien eckig sind. Die Flecken sind Lochkamera-Bilder von der Sonnenscheibe. Man kann sie oft am Boden beobachten, wenn die Sonne durch die Blätter eines Laubbaums scheint.

Licht, das auf eine Grenzfläche zwischen zwei Medien fällt, z.B. aus der Luft kommend auf Wasser, wird teilweise reflektiert und teilweise gebrochen. Für ein Demonstrationsexperiment wurde dieser Halbzylinder aus Glas verwendet:

Misst man Einfalls-, Reflexions- und Brechungswinkel, so ergibt sich folgendes Bild:

Das Reflexionsgesetz ist einfach zu erraten, das Brechungsgesetz nicht. Aber der Zusammenhang zwischen Einfalls- und Brechungswinkel erinnert an den Graphen einer Sinusfunktion. Diese Hypothese kann einfach graphisch getestet werden:

Die Gesetze werden üblicherweise so geschrieben:

α_r = α₁ Reflexionsgesetz
n₁sin(α₁) = n₂sin(α₂) Brechungsgesetz

wobei der Brechungsindex n das Verhältnis von der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit im betreffenden Material darstellt.

n = 1.00 (Luft)
n = 1.33 (Wasser)
n = 1.5 (Fensterglas)
n = 2.42 (Diamant)

Der Brechungsindex ist für blaues Licht normalerweise grösser als für rotes Licht (Dispersion, s. Prisma)

Technische Anwendungen des Reflexions- und Brechungsgesetzes: Retroreflektor ("Katzenauge") und Brillenglas.

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