Optik Grundlagen / Grundwissen

Mit den Grundlagen der Optik befassen wir uns in diesem Artikel. Wir starten hiermit:

• Erklärungen zu den Grundlagen der Optik: Was ist Licht? Was besagt das Reflexionsgesetz? Wie wird Licht gebrochen?
• Beispiele zu den Grundlagen der Optik, in Form typischer Aufgaben von Klausuren.
• Aufgaben / Übungen damit ihr selbst üben könnt.
• Ein Video um euch die Grundlagen der Optik noch einmal näher zu bringen.
• Ein Frage- und Antwortbereich mit typischen Fragen zu den Grundlagen der Optik.

Was sind denn nun die Grundlagen der Optik? Nun, darunter versteht jeder etwas anderes. Manche verstehen darunter ganze Bücher. Aber das würde den Artikel hier sprengen. Wir sehen uns hier also die Grundlagen der Grundlagen an. Und weiterführende Themen werden dann im Anschluss verlinkt.

Erklärung Optik Grundlagen

Worum dreht sich die Optik? Nun, natürlich erst einmal um Licht. Aber was ist Licht eigentlich? Das erklärt man mit zwei verschiedenen Modellen.

Was ist ein Lichtstrahl?

Modell Lichtstrahl: Licht breitet sich gradlinig aus. Und zwar solange, bis das Licht von einem Objekt gestoppt wird. Mit dieser Vorstellung kann man die Ausbreitung des Lichtes im Raum, an Linsen und an Spiegeln beschreiben.

Modell Welle: Licht kann man auch als elektromagnetische Welle ansehen. Diese können durch das Vakuum reisen, so kommt das Licht auch von der Sonne bis zur Erde. Das Auge des Menschen kann Licht wahrnehmen, dass zwischen 380 nm und 780 nm liegt. Man stellt diese Wellen mit einer Sinus-Funktion dar.

Reflexionsgesetz:

Werfen wir als nächstes einen Blick auf das Reflexionsgesetz. Dies gilt dann, wenn ein Lichtstrahl auf eine spiegelnde Oberfläche trifft. Dieser wird dann an der Grenzfläche zurückgeworfen. In diesem Fall gilt das Reflexionsgesetz. Es besagt:

• Einfallswinkel = Ausfallswinkel

Lichtbrechung:

Auch die Lichtbrechung gehört zu den Grundlagen der Optik. Geht doch mal ins Schwimmbad und dort an den Beckenrand. Schaut nun ins Wasser: Dann solltet ihr sehen, dass das was ihr im Wasser seht irgendwie ein bisschen komisch wirkt. Es sollte dann so wirken, als hättet ihr einen "Knick" in der Optik.

Also ein Becken mit Wasser.

Und von oben kommt ein Lichtstrahl.

Wie man aus der Grafik sehen kann, wird das Licht gebrochen. Damit kann man auch rechnen. Dazu ändern wir die Grafik von eben zu:

Und es gelten dann diese Formeln / Gleichungen:

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Beispiele Grundlagen Optik

In diesem Abschnitt sollen noch einige Beispiele zu den Grundlagen der Optik behandelt werden. Diese Beispiele entsprechen typischen Aufgaben zu den Grundlagen der Optik, die auch gerne in Prüfungen / Klausuren gestellt werden.

Beispiel 1:

Ein Lichtstrahl trifft auf eine spiegelnde Oberfläche unter einem Einfallswinkel von 30 Grad? Wie groß ist der Ausfallswinkel?

Lösung: Da Einfallswinkel und Ausfallswinkel gleich groß sind, muss auch der Ausfallswinkel 30 Grad sein.

Beispiel 2:

Ein Lichtstrahl trifft unter einem Winkel von 45 Grad auf Wasser. Die Brechzahl sei n = 1,3. Wie groß ist der Ausfallswinkel?

Lösung: Wir stellen die Formel um und setzen ein. Der Taschenrechner muss auf DEG gestellt werden. Um dann nach Beta umzustellen, müssen wir dann den arcsin von 0,543928 bilden.

Weitere Beispiele zur Lichtbrechung findet ihr in unserem Artikel Lichtbrechung.

Aufgaben / Übungen Optik

Aufgabe 1: Was besagt das Reflexionsgesetz?

• Einfallswinkel ungleich Ausfallswinkel
• Einfallswinkel kleiner Ausfallswinkel
• Einfallswinkel größer Ausfallswinkel
• Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel

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Videos Optik Grundlagen

Grundlagen Optik: Fragen und Antworten