WH54 Fachwortlexikon
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Strahlenoptik


Licht als Geraden


Basiswissen


Strahlengänge, Lupen, Brennweite, Reflexion und Brechung: das sind Fachworte aus der sogenannten Strahlenoptik: man stellt sich Licht mit Hilfe unendlicher langer gerader Linien vor. Dazu hier eine kurze Einführung:

Oft der Einstieg in die Physik


◦ Die Schulphysik führt die Optik meist über die Strahlenoptik ein.
◦ Licht wird mit Hilfe von geraden Linien, den Strahlen gezeichnet.
◦ Mit der Strahlenoptik können viele optische Geräte gut erklärt werden.
◦ Man kann damit Lupen, Photokameras, Parabolantennen und vieles mehr berechnen.
◦ Die dazu nötige Mathematik ist vergleichsweise einfach.

Was kann die Strahlenoptik beschreiben?


◦ Die Entstehung von => Schatten
◦ Die Brechung von Licht => Snelliussches Gesetz
◦ Die Spiegelung von Licht => Lichtreflexion
◦ Die Bündelung von Licht => Linsenformel

Wie exakt ist die Strahlenoptik?


◦ Für viele praktische Aufgaben ist die Strahlenoptik die beste Methode.
◦ Ihr großer Vorteil ist, dass man zu ihrer Anwendung wenig Theorie benötigt.
◦ Es gibt aber auch Phänomene von Licht, bei der die Strahlenoptik versagt.
◦ Das sind alle Erescheinungen rund um Interferenz und Beugung.
◦ Damit beschäftigt sich die sogenannte => Wellenoptik

Was meint hier das Wort "Strahl"?


◦ Strahlen sind gerade Linien mit einem Anfang aber ohne Ende.
◦ In der Mathenmatik heißen Strahlen oft auch Halbgeraden.
◦ In der Strahlenoptik denkt man sich aus solchen Strahlen bestehend.
◦ Der Strahl fängt in der Lichtquelle an und geht dann unendlich weit in eine Richtung weiter.

Welche Eigenschaften haben die gedachten Lichtstrahlen?


◦ In homogenem Material sind die Lichtstrahlen gerade.
◦ An der Grenze zwischen zwei homogenen isotropen Materialien gilt das => Reflexionsgesetz
◦ An der Grenze zwischen zwei homogenen isotropen Materialien gilt das => Brechungsgesetz
◦ Der Strahlengang ist umkehrbar, die Lichtrichtung auf einem Lichtstrahl ist belanglos.
◦ Die Lichtstrahlen durchkreuzen einander, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.
◦ Die Lichtstrahlen sind sofort vollständig vorhanden, sie brauchen keine Zeit, um zu entstehen.

Was meint homogenes Material?


◦ Das sind Materialien, die an jeder Stelle die gleiche Eigenschaften haben.
◦ Sie sind also zum Beispiel nicht an manchen Stellen dichter, an anderen dünner.
◦ Man denkt sich Luft, Wasser und Glas zum Beispiel oft als homogen (was sie aber nicht sind).

Was meint isotropes Material?


◦ Das sind Materialien, in denen sich Licht in alle Richtungen gleich verhält.

Besteht Licht wirklich aus solchen Strahlen?


◦ Nein, woraus Licht besteht weiß man nicht.
◦ Mit der Strahlenoptik macht man auch meistens kleine oder große Fehler.
◦ Ihr Vorteil ist aber, dass die nötige Mathematik nicht zu schwer ist.
◦ Man benutzt die Strahlenoptik oft, um schnell in etwa richtige Ergebnisse zu bekommen.
◦ In vielen Anwendungsfällen bietet sie ausreichend gute Lösungen.

Wer zweifelte die Strahlenoptik zuerst an?


◦ Im Jahr 1665 wurde ein Buch von einem italienischen Jesuiten veröffentlicht.
◦ Darin beschrieb er Schatten und den Effekt der Beugung von Licht.
◦ Er schrieb, dass die Phänomene nicht verträglich seien mit ...
◦ einer geradlinigen Ausbreitung von Licht.
◦ Mehr unter => Francesco Maria Grimaldi

Gibt es auch andere "Optiken"?


◦ Ja.
◦ Die Strahlenoptik arbeitet mit Strahlen als Modell für Licht.
◦ Es gibt zum Beispiel auch eine sogenannte Wellenoptik.
◦ Sie arbeitet mit Licht im Wellenmodell.
◦ Desweiteren gibt es eine Optik mit Lichtteilchen ...
◦ und verschiedene Kombinationen.
◦ Mehr dazu unter => Optik

Synonyme


=> Geometrische Optik
=> Strahlenoptik

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