Physik für Naturwissenschaften. Dr. Andreas Reichert

Transkript

1 Physik für Naturwissenschaften Dr. Andreas Reichert

2 Modulhandbuch

3 Modulhandbuch

4 Modulhandbuch

5 Modulhandbuch

6 Modulhandbuch

7 Modulhandbuch

8 Modulhandbuch

9 Modulhandbuch

10 Termine Klausur: 5. Februar?, Uhr, Raum wird noch bekannt gegeben Sprechstunde: Montags ab 13:30-14:30 Uhr Raum MC 244, Campus Duisburg Online-Infos...

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12 Literatur Sexl, R., Raab, I. & Streeruwitz, E. Das mechanische Universum. Eine Einführung in die Physik, Band I, Frankfurt: Diesterweg. Tipler, P. A., Physik, Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag Eigene Oberstufen-Schulbücher

13 Themen der Vorlesung Optik Akustik Bewegungen Impuls Kraft und Masse Statik und Drehmoment Messungen E-Lehre Teilchen

14 Physik? Experiment Beobachtung Gesetzmäßigkeit (Formel/Gesetz Modell beschreibt die beobachteten Fälle) Voraussagen

15 Sehen Sehen ist nur möglich, wenn Licht von einem Gegenstand (Sender) direkt in unsere Augen fällt (Empfänger) Aktive Sender erzeugen Licht Passive Sender reflektieren Licht Das Auge ist ein (passiver) Lichtempfänger

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17 Kann man im Dunkeln sehen?

18 Lichtquellen Sehen ist nur möglich, wenn eine Lichtquelle vorhanden ist. Primäre Lichtquellen können heiße Gegenstände oder leuchtende Gase sein. Licht breitet sich von einer Lichtquelle in alle Richtungen geradlinig aus und gelangt in unser Auge.

19 Warum sieht man Dinge? Man sieht auch Dinge, die nicht selbst leuchten Licht wird von diesen Dingen in charakteristischer Weise reflektiert Wir sehen Dinge, wenn Licht von ihnen direkt in unser Auge reflektiert wird Das Aussehen von Dingen hängt davon ab, welche Farbe des Lichts reflektiert oder absorbiert wird

20 Optik Lichtentstehung Lichtausbreitung Lichtdetektierung

21 Lichtentstehung Was ist Licht? Energie Elektromagnetische Welle/Lichtteilchen (Photon) Zerlegung von weißem Licht in Spektralfarben

22 Lichtentstehung Was ist Licht? Zerlegung von weißem Licht in Spektralfarben λ = c f λ : Wellenlänge c : Lichtgeschwindigkeit f : Freuqenz

23 Lichtentstehung Was ist Licht? t λ = c f λ : Wellenlänge c : Lichtgeschwindigkeit f : Freuqenz A: Amplitude t : Zeit

24 Lichtentstehung Anregung durch Wärmezufuhr mechanisch durch Licht durch elektrische Energie Energiepaket Photo (Lichtquant) h = planckschen Wirkungsquantum ν = Frequenzdes Lichtes E = hν

25 Lichtentstehung Kontinuierliches Spektrum Ein Ion fängt ein Elektron beliebiger Energie ein. Diese Energie wird als Lichtwelle frei freies Elektron Ion Resultat ist ein kontinuierliches Spektrum (weißes Licht)

26 Wie entsteht Licht Schwarzer Strahler

27 Lichtentstehung Die Farben rechts zeigen nur die Tendenz

28 Lichtausbreitung Farben Hellere und dunklere Körper

29 Lichtausbreitung Farben Farbige Körper

30 Lichtausbreitung Farbe Körperfarben cyan, magenta, yellow Lichtfarben Rot, grün, blau

31 Lichtausbreitung Lichtausbreitung in Medien Atome werden durch die elektromagnetische Welle des Lichtes zum Schwingen angeregt Schwingende Atome senden wieder eine elektromagnetische Welle aus (in alle Richtungen, jeweils etwas verzögert daraus resultiert die Lichtgeschwindigkeit in Medien) Interferenz der Wellen lässt in homogenem Medium nur die sich gradlinig ausbreitende Welle übrig

32 Lichtausbreitung Lichtausbreitung in Medien Atome werden durch die elektromagnetische Welle des Lichtes zum Schwingen angeregt Schwingende Atome senden wieder eine elektromagnetische Welle aus (in alle Richtungen, jeweils etwas verzögert daraus resultiert die Lichtgeschwindigkeit in Medien) Interferenz der Wellen lässt in homogenem Medium nur die sich gradlinig ausbreitende Welle übrig

33 Lichtausbreitung destruktive Interferenz konstruktive Interferenz

34 Lichtausbreitung Lichtgeschwindigkeit erste Messung der Lichtgeschwindigkeit

35 Lichtausbreitung Lichtgeschwindigkeit Erste terrestrische Messung der Lichtgeschwindigkeit 1849 durch die Zahnradmethode nach Armand Fizeau ( )

36 Lichtausbreitung Lichtgeschwindigkeit Foucault veröffentlichte eine Version des Versuchs zur Messung der Lichtgeschwindigkeit. Er verwendete einen drehenden Spiegel. c = km/s

37 Abbildungen

38 Bild Sie werden erfahren Was Physiker unter einem Bild verstehen Wie scharfe Abbildungen erzeugt werden können Wie optische Linsen Bilder machen Dass auch unsere Augen mit Linsen funktionieren Weshalb Linsen Licht brechen und bündeln können Wie man Sehfehler mit Brillen korrigiert Dass es auch scheinbare Bilder gibt Beispiele für Geräte mit Linsen

39 Was sind eigentlich Bilder im physikalischen Sinne?

40 Bild Entstehung von Bildern Die Camera Obscura als Hilfsmittel der Malerei

41 Bild Die Entstehung von Bildern In einem idealen Abbild sollte jedem Punkt des abzubildenden Gegenstands genau ein Bildpunkt zugeordnet sein Die relative Lage der Bildpunkte sollte so sein, wie wir sie mit unserem Auge wahrnehmen würden Optische Geräte müssen dem entsprechend das Licht sortieren

42 Bild Bilder an einer Lochkamera Sortieren von Licht durch das Loch einer Lochkamera Je größer das Loch ist, um so heller, aber auch um so unschärfer wird das Bild.

43 Bild Das Lochkameraprinzip in der Natur Das Blasenauge des Nautilus