Kapitel 12. Geometrische Optik 12.1 Lichtausbreitung 12.2 Reflexion und Brechung 12.3 Spiegel 12.4 Linsen 12.5 optische Instrumente

Transkript

1 Geometrische Optik.1 Lichtausbreitung.2 Reflexion und Brechung.3 Spiegel.4 Linsen.5 optische Instrumente

2 Licht

3 Konzept-Test a: Spiegelbild ein Blick in den Spiegel Wie groß muss planer Spiegel sein um sich ganz zu sehen? (a) So groß wie Person (=h) (b) h/2 (c) h/3

4 Spiegelbild Ein Spiegel von halber Höhe reicht

5 Konzepttest b: Brechung Geldstück im Aquarium Sehe ich das Geldstück: a) Kleiner b) Größer c) Gleich groß?

6 . Brechung Gehirn rekonstruiert so, als ob Lichtstrahl ungebrochen

7 Konzepttest c: Brechung Schichtstruktur mit unterschiedlichen Brechungsindizes Ordnen Sie jeweils 2 Medien nach Brechungsindex n a <n b n c <n b n c <n d n a <n d

8 Totalreflexion - Anwendung Grenzwinkel: sinα T =n 2 /n 1

9 Dispersion Kurzwelliges Licht (blau) wird stärker abgelenkt als langwelliges Licht (rot) kurzwelligeres Licht näher an Absorptionsgrenze

10 Dispersion Größter geschnittener Diamand (star of africa) Brechungsindex Wellenlänge (nm)

11 Konzepttest d: Brechung Brechung an einer Luftblase (a) (b) (c) Was passiert mit Lichtstrahlen? a) Konvergiert Lichtstrahl b) divergiert Lichtstrahl c) Bleibt Lichtstrahl unbeeinflusst?

12 Dispersion im Regentropfen.. aber warum 2 Bögen bei bestimmten Radien?

13 Doppelte Regenbögen.

14 Doppelte Regenbögen Rot unten Rot oben

15 genauer Einlaufende Strahlen Einlaufende Strahlen Auslaufende Strahlen Rot unten Auslaufende Strahlen Rot oben Licht wird in großem Winkelbereich reflektiert aber Verstärkung unter bestimmten Winkeln

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17 Parabolrinnen-Solarkraftwerk

18 Optische Täuschung mit Parabolspiegel

19 Konzept-Test e: Brennglas Sammlung von Sonnenstrahlen Kann ich Sonne so fokussieren, dass Punkt heißer als Sonne? (a) Ja (b) Punkt kann niemals heißer als Sonnenoberfläche werden (c) Nur mit mehreren Linsen oder Spiegeln ist dies möglich

20 Chromatische Aberration Brechungsindex größer für blaues als für rotes Licht n=1.5 n=1.7 Korrektur durch Verwendung Von verschiedenen Gläsern

21 Sphärische Aberration Abbildung eines Sterns ohne und mit Koma

22 Fovea centralis: Ort schärfsten Sehens (nur Zäpfchen!)

23 Technische Daten des Auges Bildweite: mm Bezeichnung Dicke (mm) Brechungsindex Brechkraft (dpt) Cornea 0,52-0,67 1, Vorkammer 3,6 1,336 Linse 3,6 19,33 Glaskörper 15,18 1,336 Auge 22,36 58,64

24 Technische Daten des Auges Pupillendurchmesser Dicke der Linse: Erwachsener Jahre Dicke der Linse: Erwachsener Jahre Dicke der Linse: Erwachsener Jahre Zahl der Stäbchen (zuständig für Hel-Dunkelunterschiede.) Zahl der Zapfen (zuständig für das Farbsehen) Kleinster Sehwinkel unter dem Objekteinheiten noch getrennt wahrgenommen werden. Kleinster Sehwinkel unter dem Objekteinheiten noch getrennt wahrgenommen werden. (bequemes Sehen!) Empfindlichkeit von maximaler Helladaption bis zu voller Dunkeladaption 1,2-9 mm 4,1mm 4,8 mm 5,0 mm 5 Mio 7 Mio 1 ' Winkelminute 4' Winkelminute 1 : 10 6

25 Neuronales Netzwerk Licht Computer-Ersatzschaltbild Licht Sehzellen Bipolare Zellen Nervenzellen Kontrast! Output Nervenzelle = Input (links) Input (rechts) Kontrastsprung-Information wird weitergeleitet Zäpfchen Stäbchen..sonst wäre Gehirn überlastet

26 Stäbchen und Zapfen Zapfen Absorption (Maximum=100%) Rotstäbchen Blaustäbchen violett blau zyan grün gelb rot Wellenlänge [nm] Zapfendichte bis pro mm 2 Ursache des scharfen Sehens Periphär Dichte geringer: 20-fach geringere Sehschärfe

27 Dynamischer Bereich Auge hat viel höheren dynamischen Bereich (1:100000) als Foto (1:1000). künstliche Stauchung des Bereichs

28 Schärfentiefe I Bei kleiner Blende wird Dreieck I spitzer: Zerstreungskreis kleiner!

29 ..Schärfentiefe Blende 2 Blende 10 Blende 22

30 Zusammenfassung: Schärfentiefe

31 Galilei sches Fernrohr Galilei verstand das Prinzip des Fernrohrs nicht, Dachte aber dass größere Augenlinse besser sei Vorteile: Aufrechtes Bild, kurz Nachteil: Auge muss bewegt werden

32 Newtonsches Fernrohr

33 Himmlische Phänomene Warum ist der Himmel blau und der Sonnenuntergang rot? Streuung des Licht!

34 Himmlische Phänomene Moleküle streuen Licht gestreutes Licht blau Direktes Licht rot