Wellenoptik

Question 1

Sie kennen das Wellenmodell des Lichts, das auf Huygens zurückgeht.
Sie kennen die wichtigsten physikalischen Grundbegriffe zu Wellen.

Answer 1

Das huygens’sche Prinzip besagt, dass jeder Punkt einer Wellenfront als Ausgangspunkt einer neuen Welle, der so genannten Elementarwelle, betrachtet werden kann. Die neue Lage der Wellenfront ergibt sich durch Überlagerung sämtlicher Elementarwellen.

Wichtige physikalische Grundbegriffe zu Wellen:
Eine Welle ist eine sich räumlich ausbreitende Veränderung (Störung) oder Schwingung einer orts- und zeitabhängigen physikalischen Grösse. Unterschieden werden mechanische Wellen, die stets an ein Medium gebunden sind, und Wellen, die sich auch im Vakuum ausbreiten können (beispielsweise elektromagnetische Wellen, Materie- oder Gravitationswellen).
Eine Welle transportiert Energie, jedoch keine Materie.
Direkt wahrnehmbare Wellen sind zum Beispiel Schallwellen, Wasserwellen und Licht.
• transversale Wellen (z.B. Wasserwellen)
• longitudinale Wellen (z.B. Schallwellen)

Question 2

Sie wissen, was Beugung und Interferenz ist und können die Lage des ersten Beugungsmaximums beim Durchgang von Licht durch einen Doppelspalt (oder ein Gitter) berechnen.

Answer 2

Beugung:
Das Übergreifen einer Welle in den geometrischen Schattenraum heisst Beugung. Deutliche Beugungserscheinungen treten dann auf, wenn die Breite der Öffnung die gleiche Grössenordnung wie die Wellenlänge hat.
-> Doppelspalt

Interferenz:
Die Kugelwellen der beiden Spalte überlagern sich. In gewissen Richtungen führt das zu Verstärkung, konstruktive Interferenz genannt, in andern Richtungen zu Auslöschung oder destruktiver Interferenz.

Wichtig: Kapitel 8, Folie 16 (Berechnungen)

Question 3

Sie wissen was man unter Polarisation versteht und was man beobachtet, wenn man das Licht durch zwei Polarisationsfilter hindurchtreten lässt.

Answer 3

Die Polarisation beschreibt die Schwingungsrichtung einer Welle.
Unpolarisiertes Licht schwingt in allen Richtungen.
Ein Polarisationsfilter lässt nur Schwingungen in einer
Richtung durch.
Hinweis: Bei Longitudinalwellen, gibt es keine Polarisation.

-> Wenn der zweite Filter parallel gestellt wird, kommt das Licht hindurch, die Helligkeit bleibt etwa gleich.
-> Wenn der zweite Filter quer gestellt wird, kommt kein Licht
mehr hindurch.

Question 4

Sie können das elektromagnetische Spektrum beschreiben (qualitativ).

Answer 4

Das elektromagnetische Spektrum, auch elektromagnetisches Wellenspektrum, ist die Gesamtheit aller elektromagnetischen Wellen verschiedener Wellenlängen. Das Lichtspektrum, auch Farbspektrum, ist dabei der vom Menschen sichtbare Anteil des elektromagnetischen Spektrums.

grosse Wellenlängen
• Radiowellen
• Mikrowellen
• Infrarot
• sichtbares Licht
• Ultraviolett
• Röntgenstrahlen
• Gammastrahlen
kurze Wellenlängen

Infrarot:
Die Infrarot-Strahlung (IR) kennen wir als Wärmestrahlung. Sie geht von jedem Körper aus; glühen muss der Körper dabei nicht. Dabei verhält sich die Infrarot-Strahlung wie das sichtbare Licht: Man kann sie zum Beispiel an einer Metallplatte reflektieren.

Ultraviolett:
Ultraviolett-Strahlung (UV) ist ebenfalls lichtartig und wird zum Beispiel von Glühlampen und von der Sonne abgegeben.
Ultraviolett-Strahlung bewirkt in der Haut des Menschen die Herstellung des lebensnotwendigen Vitamins D. Auch in den Blättern der Pflanzen löst die UVStrahlung wichtige chemische Prozesse aus. Andererseits ist ein Zuviel an UVStrahlung gefährlich. Unsere Haut schützt sich bei zu intensiver UV-Strahlung mit einer Pigmentierung, wird gebräunt. Zu starke Bestrahlung schädigt die Haut, ein Sonnenbrand ist dabei die harmloseste Verletzung, denn UV-Strahlung kann Hautkrebs verursachen. Der UV-Anteil des Sonnenlichts ist sehr hoch. Unsere Atmosphäre sorgt
aber in den oberen Luftschichten für eine starke Abschwächung durch das Ozon.

Question 5

Sie wissen wie die Wellenlänge, die Frequenz und die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Wellen zusammenhängen und können damit Berechnungen ausführen.

Answer 5

1. Auslenkung oder Amplitude (A)
2. Wellenlänge (lambda) in m
3. Schwingungsdauer oder Periode (T) in s
4. Frequenz (f) in Hz
5. Ausbreitungsgeschwindigkeit (c)

f = 1/T
c = lambda f