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Das Lichtstrahlmodell in der Optik

Die Modelle des Lichtes

Licht lässt sich nicht nur mit einem Modell beschreiben. Heute weiß man, dass das Licht sowohl Teilcheneigenschaften, als auch Welleneigenschaften hat. Zum einen wird das Licht als Strahl gesehen (Modell - Licht als Teilchen). Damit die Beugungsphänomene (z.B. Doppelspaltexperiment) erklärt werden kann, muss das Licht als Welle betrachtet werden (Modell - Licht als Welle). In diesem Kapitel soll das Lichtstrahlmodell (Licht als Teilchen) vorgestellt werden.


Das Lichtstrahlmodell

Wenn wir an eine Lichtquelle denken, fällt uns sofort die Sonne als Lichtquelle ein. Dabei stellen wir "Phänomene" fest, die im anschließend im sogenannten "Lichtstrahlmodell" Eingang finden. Das Licht der Sonne breitet sich in alle Richtungen (mehr oder weniger) gleichmäßig aus. Dabei bemerken wir auch, dass das Licht für die Ausbreitung eine bestimmte Zeit benötigt. Es handelt sich bei Licht also um einen Bewegungsvorgang (=> Lichtgeschwindigkeit).

Das Lichtstrahlmodell besagt also, dass das Licht einer Lichtquelle sich geradlinig nach allen Seiten ausbreitet. Allerdings breitet sich das Licht nur geradlinig aus, solange es nicht durch Hindernisse daran gehindert wird. Wie eingangs erwähnt, dient das Lichtstrahlmodell zur Beschreibung von Teilcheneigenschaften von Licht, also zur Darstellung des Weges, den das Licht zurücklegt. Dabei kommt es bei der Ausbreitung von Licht zur Reflexion oder Brechung von Lichtstrahlen an einem Hindernis. Die Reflexion von Licht an einem Hindernis führt zu einer Entstehung von Schatten (all diese Phänomene sind mit dem Lichtstrahlmodell erklärbar).

Im Physikunterricht wird dabei die Lichtausbreitung bzw. die gradlinige Ausbreitung von Lichtstrahlen mit Hilfe von geraden Linien modellhaft dargestellt. Dabei geht der Lichtstrahl immer von dem Mittelpunkt einer Lichtquelle aus (in der Regel wird die Lichtquelle als punktförmig gezeichnet). Von diesem Punkt aus bewegt sich der Lichtstrahl geradlinig in alle Richtungen aus (es handelt sich daher mathematisch um eine Halbgerade). 

Kurzer Hinweis: Im Schulunterricht wird von einem Lichtstrahl gesprochen, dabei ist ein Lichtstrahl immer als Idealisierung eines engen Lichtbündels zu sehen. Daher ist außerhalb des Anfangsunterrichts in der Optik zwischen dem Modell Lichtstrahl und echten Lichtbündeln zu unterscheiden. Ein Lichtstrahl ist eine idealisierte Vorstellung.


Zusammenfassung des Lichtstrahlmodells:
  • Licht breitet sich von einer Lichtquelle geradlinig aus, sofern keine Hindernisse diesen Weg behindern.
  • An Hindernissen kann der Lichtstrahl reflektiert (der Lichtweg ist also umkehrbar) bzw. gebrochen werden
  • Durch die Reflexion des Lichtstrahls an einem Hindernis entsteht so ein Schatten hinter dem Hindernis.
  • Licht benötigt kein Ausbreitungsmedium (im Gegensatz zum Schall), sonst könnte und das Licht der Sonne nicht erreichen
  • Im leeren Raum kann man Lichtstrahlen nicht sehen (dies zeigt sich am Phänomen Weltraum, das der allgemeinen Meinung "wo Lichtstrahlen sind, ist es hell" widerspricht)

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