|
|
  |
Interdisziplinaeres Projekt DAS LICHT
P H Y S I K
Licht ist eines der Typen der Stoffbewegung. Es gab verschiedene Theorien ueber das Wesen des Lichts. Einige Wissenschaftler waren der Meinung, dass das Licht ein Aussenden von Teilchen (Korpuskelmodell) ist, waehrend die anderen die Auffassung vertraten, dass sich das Licht mit einer Wellenbewegung ausbreitet. Versuche haben gezeigt, dass beide Gruppen recht hatten und deshalb ist man der Auffasung, dass das Licht einen Doppelcharakter hat. Den Doppelcharakter erklaert die Quantentheorie bzw. die Theorie der elektromagnetischen Strahlung. Diese Theorie erklaert die Prozesse der Lichtaussendung und Absorption mit dem korpuskularem Charakter des Lichts und die Prozesse der Lichtausbreitung mit dem Wellencharakter des Lichts.
Die wichtigsten Erscheinungen, die mit der Lichtausbreitung zu tun haben, sind:
|
|
|
|
Wenn man eine starke Lichtquelle betrachtet, tauchen im Sehfeld oft unscharfe und unklare Flecke. Sie entstehen aufgrund der Lichtdifraktion auf roten Lichtkoerperchen, die vor dem blinden Fleck auf der Netzhaut schwimmen. |
 |
 |
1. monochromatisches Licht 2. Schutzort mit Spalten 3. Interferenzbild |
Polarisation auf turmellen Platten
Das Regenbogenlicht ist polarisiert - als Folge der Reflexion oder Refraktion auf Regenbogentropfen
Farbspektrum
Das normale Tageslicht nennt man auch weisses Licht oder Sonnenlicht. Das weisse Licht setzt sich aus Wellen verschiedener Laengen zusammen, die wir als rote, orange, gelbe, gruene, blaue und violette Farbe wahrnehmen. Diese Erscheinung nennt man Dispersion und die entstandenen Wellen bilden einen Buendel paralleler Streifen, der Spektrum heisst. Die Regenbogenfarben sind Farben des Spektrums.
Der Regenbogen entsteht durch die Aufspaltung des Sonnenlichts. Wenn das Sonnenlicht auf einen Wassertropfen trifft, wird es genauso zerlegt wie bei einem Prisma aus Glas. Man kann einen Regenbogen nur dann sehen, wenn es gleichzeitig regnet und es sonnig ist. Der Beobachter muss sich zwischen diesen beiden Erscheinungen befinden und zwar mit dem Ruecken zur Sonne.
Mit Hilfe des optischen Prismas kann man das Licht in Komponenten spalten. Diese Eigenschaft des Prismas nuetzt man bei spektroskopischem Geraeten.
Absorption des Lichts
Absorption ist das Aufnehmen verschiedener Arten von Strahlungen. Manche Koerper absorbieren nur bestimmte Frequenzen elektromagnetischen Strahlung. Das Licht traegt Energie in sich, die von Objekten absorbiert wird. Die Farben, die wir sehen, sind nicht in den Objekten, sondern im Licht, mit dessen Hilfe wir sie sehen. Ein Stueck gruenen Papiers ist deshalb gruen, weil es alle Farben, ausser der gruenen, die wir dank der Reflexion sehen, absorbiert. Weisse Stoffe reflektieren Licht und Waerme, waehrend schwarze Stoffe sie absorbieren. Das ist der Grund, warum es uns in weisser Kleidung, weniger heiss ist als in schwarzer. Koerper, die sehr geringe Mengen von Licht aufnehmen, sind durchsichtig.
| Die Stoffe verschiedener Farben, die im Schnee liegen und dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, werden verschiedenartig in den Schnee hereinfallen, abhaengig von der Farbe. |  |
Der Lichtfilter ist ein Geraet, mit dem man die Lichtintensitaet veraendert, mit Hilfe der Eigenschaft der Absorption. Ein Beispiel dafuer sind Sonnenbrillen.
Sonnenbrillen koennen polarisierende Brillen sein. Sie verringern das Aufleuchten des Sonnenlichts.
Photoempfindliche Brillen haben Glaeser, die beim staerkerem Licht dunkler werden und beim schwaecherem Licht wieder durchsichtig werden. Der Grund dafuer sind die Kristalle des Silberbromids, die im Glas vorhanden sind und die auf das Licht reagieren.
Spiegel
Wenn das Licht auf eine Flaeche trifft, wird es von ihr reflektiert. Dank der Reflexion koennen wir die Dinge um uns herum sehen, d.h. Dinge koennen wir sehen, weil Lichtstrahlen auf sie treffen und von ihnen reflektiert werden. Flachen, die das Licht regelmaessig reflektieren, heissen Spiegel. Spiegel koennen konkav oder konvex sein. Konkave Spiegel benutzt man bei Teleskopen.
Periskop
Das Periskop ist ein optisches Geraet, mit dem man die Umgebung aus einem Schutzort beobachten kann. Die Grundteile sind die okkulare Optik, zwei Spiegel oder zwei optische Prismen zwischen den sich zwei optische Glaeser befinden. Das eine Glas verkleinert und kehrt das Bild um, waehrend andere das Bild korrigiert und vergroessert. Im Krieg kann man durch einen Periskop den Feind beobachten, ohne den Schutzgraben zu verlassen. Das Artillerieperiskop benutzt man als zusaetzliches Zielscheibengeraet. Zum naechtlichen Einsatz kann es ein eingebautes Infrarotgeraet mitenthalten. Das komplizierteste Geraet ist das Periskop fuer Unterseeboote. Es hat ein Fernrohr, das um viele Male vergroessert und es kann auch noch Geraete zur Messung der Entfernung und der Hoehe, ein Radar und ein Geraet mit infraroten Strahlungen enthalten.
Anwendung der Totalreflexion
Optische Fasern
Durch das Phaenomen der totalreflexion ist die Uebertragung optischer Informationen (Licht, Farbe, Impuls) von einem zu anderem Ende der optischen Faser moeglich. Optische Fasern sind glaeserne, durchsichtige Fasern, die so duenn sind, dass sie sich verbiegen koennen ohne zu zerbrechen. Optische Fasern haben besondere Eigenschaften, die es ihnen ermoeglichen, das Licht aus ihrem Innern nicht durchzulassen.
Laser
Die Laser sind Geraete, die Licht schaffen oder verstaerken. Waehrend das Licht aus anderen Lichtquellen sich in verschiedene Richtungen ausbreitet, breitet sich das Laserlicht in nur einer Richtung aus. Laser senden kohaerente Strahlungen aus, was heisst, dass die Lichtwellen gleiche Amplituden und Frequenzen aber auch einen konstanten Phasenunterschied haben. Die meisten Lichtquellen senden keine kohaerente Strahlungen aus. Die Laserenergie ist eng konzentriert aber trotzdem sehr stark. Laser benutzt man in den Telekommunikationen, fuer praezise Messungen, in der Radioastronomie, Holographie, Spektroskopie, Medizin. In Militaeroperationen kann man mit Hilfe der Laserstrahlen die Entfernung von feindlichen Schiffen oder Flugzeugen messen. Ausserdem kann man die Laserstrahlen auch zur Anfuehrung der Bomben und Artilleriegranaten benutzen.
Hologramm
Hologramm ist eine spezielle Art von Fotografie in drei Dimensionen. Es wird mit Hilfe von Laserstrahlen, die gegen das Objekt gerichtet werden hergestellt. Die Form des Objekts wird dann auf einen Spezialfilm uebertragen, der ebenfalls mit Laserstrahlen oder mit weissem Licht beleuchtet werden muss.
 |
1. Laser
2. Spiegel 3. Gegenstand 4. fotographischer Film |
Fata Morgana
Fata Morgana entsteht, wenn Lichtstrahlen von einem Objekt auf eine Schicht dichter Luft unter sehr kleinem Anstieg fallen. In dieser Luftschicht verschieben sie ihren Weg und kommen bei dem Beobachter an, als ob sie von einem Spiegel reflektiert waeren, aber man sieht sie doppelt, verschoben und hochgebhoben. Fata Morgana kommt in Gebieten ueber der Wueste oder ueber der Meeresflaeche vor. Diese Erscheinung bekam ihren Namen nach der Zauberin Morgana, von der man glaubte, dass sie diese Erscheinung hervorruft.
Fata Morgana ueber der Wueste |
Fata Morgana ueber dem Meer |
Photoelektrischer Effekt
Photonen sind Lichtteilchen, die eine bestimmte Energie in sich haben. Die Energie E eines Photons wird mit der Gleichung E= h * f berechnet, wobei h eine Universalkonstante (Plancksche Konstante) ist und f die Frequenz (Anzahl der Schwingungen pro Sekunde) des Lichtes. Je hoeher die Frequenz des Lichts ist (kleine Wellenlaengen), desto hoehere Energie hat das Licht. Photonen des Lichts koennen Elektronen aus dem Atom freisetzen und so entsteht der photoelektrische Effekt. Wenn das Atom den Photon absorbiert kommt es in einen angeregten Zustand. Bei der Rueckkehr in seinen normalen Zustand sendet das Atom Photonen aus. Auf diesem Prinzip basiert die Wirkungsweise eines Lasers.
