Natur und Technik für den Pflichtschulabschluss: Geometrische Optik
Optik ist der Bereich der Physik, der sich mit dem Licht befasst. Ein Teilbereich ist die geometrische Optik, die das Licht als Strahlen betrachtet. Sie findet Anwendung bei Geräten wie das Mikro- und Teleskop, der Spiegel, die Lupe, die Brille, die Augenlinse. Sie basiert sich auf vier Annahmen:
- Licht breitet sich im Raum geradlinig aus, wenn der Raum in seinen Eigenschaften keine Änderungen aufweist.
-
Mikro
skop -
Panorama
spiegel -
Lupe -
Reflexion im Wasser -
Teleskop
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- Wenn zwei Lichtstrahlen sich durchkreuzen, beeinflussen sie einander nicht.
- Die Richtung des Lichtes ist für die Form seines Weges irrelevant, der Strahlengang ist umkehrbar.
- Beim Übergang des Lichts von einem Teil des Raums mit bestimmten Eigenschaften, zu einem anderen mit anderen Eigenschaften, wird das Licht unter gleichem Winkel reflektiert und unter einem bestimmtem Gesetz gebrochen.
Diese Annahmen gelten allerdings im Allgemeinen nicht. Sie sind nur Grenzfälle, die aber im Alltag schon Anwendung finden. Sie sind folgen einer Grundannahme, des Fermatschen Prinzips. Nach diesem Prinzip folgt das Licht dem Weg zwischen zwei Punkten, der am schnellsten ist. Wenn der Raum keine Änderung in seinen Eigenschaften aufweist, ist dieser Weg eine Gerade. Was ist aber, wenn das Licht sich in zwei Mittel mit anderen Eigenschaften ausbreitet? Das lässt sich durch das folgende Experiment erklären.