6GeoOptik_SS11
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Brückenkurs Physik 6. Geometrische Optik SS 11 6 Geometrische Optik • Definition • Reflexion • Brechung • Bildkonstruktion SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik Licht: Elektromagnetische Wellen der Wellenlänge 390 bis 790 nm Optik: beschreibt Verhalten und Eigenschaften des Lichts. SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik Strahlenoptik oder geometrische Optik berücksichtigt die Wellenatur des Lichts nicht, sondern beschreibt den makroskopischen Verlauf von Lichtbündeln. 1. In homogenen Medium breiten sich Lichtbündel geradlinig aus. 2.Lichtstrahlen kreuzen sich ungestört. SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik Reflexion an einer ebenen Fläche: Licht wird an der Grenzfläche zwischen zwei Stoffen mehr oder weniger stark zurückgeworfen. Reflexionsgesetz: • Einfallender Strahl, reflektierter Strahl und Einfallslot liegen in einer Ebene • Einfallswinkel = Ausfallswinkel α1 α2 α1 = α 2 SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik Brechung • Licht wird an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien nicht nur reflektiert, sondern dringt auch in das Medium ein. • Lichtstrahlen ändern dabei ihre Richtung. • Diese Abweichung von der geradlinigen Ausbreitung wird Brechung genannt. SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik (Snelliussche) Brechungsgesetz: sin ε1 = const sin ε 2 ε1 ε2 SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik (Snelliussche) Brechungsgesetz: Ist vor der Grenzfläche Vakuum, so wird die Konstante die Brechzahl n2 des Mediums 2 genannt. sin ε V = n2 sin ε 2 εV ε2 SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik (Snelliussche) Brechungsgesetz: sin ε V = n2 sin ε 2 sin ε V = n1 ⇒ sin ε1 sin ε V sin ε1 n 2 = sin ε 2 sin ε V n1 sin ε1 n 2 = sin ε 2 n1 oder n1 sin ε1 = n 2 sin ε 2 SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik Grenzen zwei Medien 1 und 2 mit den Brechzahlen n1 und n2 an einander, so gilt: sin ε1 n 2 = sin ε 2 n1 ε1 ε2 oder n1 sin ε1 = n 2 sin ε 2 Das Medium mit der größeren Brechzahl heißt optisch dichter, das mit der kleineren Brechzahl SS11, BECKER, Brückenkurs Physik optisch dünner. 6 Geometrische Optik Dringt Licht vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium und wird der Winkel ε 2 vergrößert, so wächst auch der Winkel ε1 Bis 90° erreicht. Totalreflexion n1 sin ε1 = n 2 sin ε 2G ε1 ε2 ε1 = 90°,sin ε1 = 1 ⇒ sin ε 2G SS11, BECKER, Brückenkurs Physik n1 = n2 6 Geometrische Optik Bildkonstruktion bei Linsen Annahme zur Vereinfachung: • Strahlen werden nur einmal gebrochen • Strahlen werden in der Mittelebene gebrochen, die senkrecht zur optischen Achse steht • Bildkonstruktion wird durch mindestens 2 der 3 so genannten Hauptstrahlen durch geführt. SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik Achsenparalleler Strahl wird so gebrochen, dass er durch den zweiten Brennpunkt der Linse verläuft. F SS11, BECKER, Brückenkurs Physik F 6 Geometrische Optik 2. Der Mittelpunktsstrahl verläuft durch den Mittelpunkt der Linse und wird nicht aus seiner Richtung abgelenkt. F SS11, BECKER, Brückenkurs Physik F 6 Geometrische Optik 3. Der Brennpunktsstrahl verläuft durch den ersten Brennpunkt und tritt achsenparallel aus der Linse aus. F SS11, BECKER, Brückenkurs Physik F 6 Geometrische Optik SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik B G = b g G B g b SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik G B = ⇒ f b−f G f = ⇒ B b−f 1 1 1 = − ⇒ g f b 1 1 1 = + f b g B b = G g b b−f b = = −1 g f f b-f G B f g b SS11, BECKER, Brückenkurs Physik 6 Geometrische Optik Definition Brechkraft 1 D= f Einheit der Brechkraft: [D]=Dioptrie = dpt 1dpt=1m-1 SS11, BECKER, Brückenkurs Physik
