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.
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.
Das Lichtstrahlmodell in der Optik ist ein Modell, das vereinfacht die Ausbreitung von Licht beschreibt. Man nimmt hierbei an, dass sich Licht geradlinig in Form von Strahlen ausbreitet.
Laut dem Lichtstrahlmodell bewegt sich Licht in Form von geraden Linien, den sogenannten Lichtstrahlen, aus. Dieses Modell ist besonders hilfreich bei der Beschreibung von Lichtbrechung und Reflexion.
Reflexion ist das Zurückwerfen eines Lichtstrahls an einer Grenzfläche. Die Reflexion folgt dem Gesetz “Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel”.
Brechung ist die Änderung der Ausbreitungsrichtung des Lichts beim Übergang in ein anderes Medium. Die Brechung folgt dem Snelliusschen Gesetz.
Das Lichtstrahlmodell wird angewendet, wenn die wellenartige Natur des Lichts ignoriert werden kann. Beispielsweise bei der Beschreibung von Schatten, Reflexion und Brechung.
Die Einschränkungen des Lichtstrahlmodells liegen darin, dass es Phänomene wie Beugung und Interferenz von Licht nicht erklären kann.
Nach dem Lichtstrahlmodell entsteht ein Schatten, wenn ein Körper das Licht blockiert und damit verhindert, dass es sich weiter geradlinig ausbreitet.
Lichtstrahlen ändern ihre Richtung, wenn sie von einem Medium in ein anderes wechseln. Dies wird als Brechung bezeichnet.
Die Hauptkomponenten des Lichtstrahlmodells sind Quelle (von wo das Licht ausgeht), Medium (durch das sich das Licht bewegt), und Grenzfläche (an der das Licht reflektiert oder gebrochen wird).
Das Lichtstrahlmodell wird in der Praxis in vielen Bereichen eingesetzt, beispielsweise bei der Erstellung von optischen Systemen wie Kameras, Mikroskopen oder Teleskopen.