Wellen & Optik

Studie der Wellenbewegung, des Lichtverhaltens und optischer Phänomene einschließlich Reflexion, Brechung und elektromagnetischem Spektrum.

Das elektromagnetische Spektrum umfasst alle Arten von elektromagnetischer Strahlung, von Radiowellen bis zu Gammastrahlung. Alle elektromagnetischen Wellen breiten sich mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum aus und benötigen kein Medium zur Ausbreitung.

Weißes Licht ist ein Gemisch aller Farben des sichtbaren Spektrums. Ein Prisma trennt es in seine Bestandteile auf. Die Farbe eines Objekts entsteht dadurch, welche Wellenlängen es reflektiert und welche es absorbiert.

Brechung tritt auf, wenn Licht von einem Medium in ein anderes übergeht und dabei seine Geschwindigkeit ändert, was eine Richtungsänderung verursacht. Das Snellius'sche Brechungsgesetz beschreibt, wie stark das Licht gebrochen wird.

Linsen brechen Licht durch Refraktion und können es bündeln oder streuen. Sammellinsen (konvex) bündeln Parallel strahlen in einem Brennpunkt. Zerstreuungslinsen (konkav) lassen Parallelstrahlen divergieren. Beide werden in Brillen, Kameras und Teleskopen eingesetzt.

Das Reflexionsgesetz besagt, dass der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist, beide gemessen zur Normalen der reflektierenden Fläche. Dieses Gesetz gilt für alle glatten reflektierenden Oberflächen.

Spiegel reflektieren Licht nach dem Reflexionsgesetz. Ebene Spiegel erzeugen virtuelle, aufrechte und gleich große Bilder. Hohlspiegel bündeln Strahlen und können reelle oder virtuelle Bilder erzeugen. Wölbspiegel streuen Strahlen und liefern immer virtuelle, verkleinerte Bilder mit weitem Sichtfeld.

Totalreflexion tritt auf, wenn Licht versucht, von einem optisch dichteren Medium in ein dünneres zu wechseln, aber der Einfallswinkel den kritischen Winkel überschreitet. Das gesamte Licht wird dann reflektiert. Lichtleitfasern nutzen dieses Prinzip zur Übertragung von Daten.

Schall ist eine Longitudinalwelle, die sich durch Kompression und Ausdehnung eines Mediums ausbreitet. Er benötigt ein Medium und kann sich nicht im Vakuum ausbreiten. Tonhöhe hängt von der Frequenz ab, Lautstärke von der Amplitude.

Wellen übertragen Energie ohne Massentransport. Zu den Schlüsseleigenschaften gehören Amplitude, Wellenlänge, Frequenz und Periode. Die Wellengeschwindigkeit ergibt sich aus dem Produkt von Frequenz und Wellenlänge.