Einführung in das Fachgebiet Optik (Physik)

Wie bereits die Überschrift vermuten lässt, ist die Optik ein Teilbereich der Physik. Die “Optik” beschäftigt sich dabei hauptsächlich mit der Ausbreitung von Licht, der Wechselwirkung von Licht mit Materie und optische Abbildungen. Grundlage der “Optik” ist die Wellennatur des Lichts, dass -je nach Betrachtung- Teilchen- oder Welleneigenschaften hat.

Das Fachgebiet Optik

Wichtige Themengebiete in der Optik sind dabei:

  • Ausbreitung, Reflexion und Brechung des Lichtes (wobei die verschiedenen Lichtquellen betrachtet werden)
  • Bildentstehung an Spiegeln und Linsen (Welleneigenschaften von Licht (Beugung, Interferenz))
  • Entstehung bzw. Bildung des Farbspektrums (einschließlich der optischen Vorgänge im menschlichen Auge)

Inhalte

Relativ früh entstand schon die Frage, ob das Licht aus einem Teilchenstrahl oder einer Art Wellenbewegung besteht (was auch für die Entwicklung des Atommodells von großer Bedeutung war). Grundlage zur Beantwortung dieser Frage waren die Gesetze der Reflexion (Spiegelung der Lichtstrahlen an einer Trennfläche zwischen zwei Medien) und die Lichtbrechung. Anfangs nahm man an, dass das Phänomen der Beugung als Kriterium angesehen werden kann, dass man es bei Licht mit einer Wellenerscheinung zu tun hat.
Die Wellentheorie ist in der Lage die Ausbreitung des Lichts beschreiben, aber nicht dessen Wechselwirkung mit Materie erklären (fotoelektrischer Effekt bzw. Fotoeffekt). So entwickelte sich das Teilchenmodell des Lichts bzw. der Welle-Teilchen-Dualismus.
Die Entwicklung im 20 Jhd. beschleunigten die Entwicklung in der Optik. So führte beispielsweise die Entwicklung des Lasers, dass zuvor unbekannte optische Effekte entdeckt werden konnten. Mit Hilfe Erkenntnisse aus der Optik ließen sich die Brille, das Brennglas, der Brennspiegel, die Kamera wie auch das Fernrohr entwickeln bzw. verstehen.


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Einführung in das Fachgebiet Optik (Physik) – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist die optische Physik und welche Bereiche deckt sie ab?

Die optische Physik betrifft das Verhalten und die Eigenschaften von Licht, einschließlich ihrer Interaktionen mit Materie und der Konstruktion von Instrumenten, die Licht erfassen. Sie deckt Bereiche wie geometrische Optik, physikalische Optik, Quantenoptik und optische Signalverarbeitung ab.

2. Welche physikalischen Phänomene werden durch die Optik erforscht?

Die Optik erforscht physikalische Phänomene wie die Reflexion, Brechung, Beugung und Interferenz von Licht.

3. Was versteht man unter Lichtbrechung?

Die Lichtbrechung ist das Phänomen, bei dem sich die Richtung von Licht ändert, wenn es von einem Medium zu einem anderen übergeht.

4. Was sind Linsen und welche Arten von Linsen gibt es?

Die Linsen sind optische Geräte mit perfekten oder annähernd perfekten symmetrischen Oberflächen, die Lichtstrahlen brechen. Es gibt zwei Haupttypen von Linsen, konvexe und konkave.

5. Was besagt das Huygens’sche Prinzip?

Das Huygens’sche Prinzip besagt, dass jeder Punkt einer Wellenfront als die Quelle einer sekundären Wellenfront betrachtet werden kann.

6. Was ist die Dispersion von Licht?

Dispersion ist das Phänomen der Aufspaltung von weißem Licht in seine Komponentenfarben, wenn es durch ein Prisma geht.

7. Was ist Polarisation und wie kann sie auftreten?

Die Polarisation ist das Phänomen, bei dem sich Lichtwellen in einer bestimmten räumlichen Richtung ausbreiten. Sie kann durch Reflexion, Brechung, Beugung oder durch die Absorption von Licht in bestimmten Materialien entstehen.

8. Was ist ein Laser und wie funktioniert er?

Ein Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) ist ein Gerät, das Licht verstärkt, indem es eine Emission von Strahlungen stimulating, die meist in Form von Licht sichtbar sind. Er funktioniert durch den Prozess der stimulierte Emission.

9. Was ist die Wellenlänge und Frequenz von Licht?

Die Wellenlänge von Licht ist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenbergen, während die Frequenz die Anzahl der Wellen ist, die in einer Sekunde passieren.

10. Was ist der Unterschied zwischen Transmissions- und Reflexionsmoden?

Die Transmission bezieht sich auf das Durchlassen von Licht durch ein Material, während die Reflexion das Zurückwerfen von Licht an der Oberfläche eines Materials bedeutet.