Anfangsoptik

Albert Teichrew, Sep 28, 2022

Diese GeoGebra-Modelle sind Teil des Unterrichtskonzepts [i]Optik mit Modellen und Experimenten[/i], das in der Arbeit [i]Physikalische Modellbildung mit dynamischen Modellen[/i] beschrieben wird: https://doi.org/10.30819/5710

Table of Contents

  1. Licht
    1. Lichtweg
    2. Lichtausbreitung
    3. Streuung
    4. Sehvorgang
  2. Schatten
    1. Schattenbild
    2. Kern- und Halbschatten
    3. Abbildung an einer Lochblende
  3. Spiegel
    1. Reflexion
    2. Spiegelbild
    3. Spiegelgröße

1.

Licht

  • 1. Lichtweg
  • 2. Lichtausbreitung
  • 3. Streuung
  • 4. Sehvorgang

1.1.

Lichtweg

Bild von [url=https://pixabay.com/de/users/skitterphoto-324082/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=1132531]Rudy and Peter Skitterians[/url] auf [url=https://pixabay.com/de//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=1132531]Pixabay[/url]
Phänomen
Wenn das Licht einer Lichtquelle in das Auge gelangt, kann man die Lichtquelle sehen. Das Licht bleibt auf seinem Weg jedoch unsichtbar.[br][br]Wie kann man sich den Lichtweg vorstellen?
Modell
Eine Lichtquelle besteht aus vielen leuchtenden Punkten. Das Licht eines Leuchtpunktes gelangt als Lichtbündel durch die Pupille in das Auge. Im Auge wird das Licht wieder in einem Punkt auf der Netzhaut fokussiert (vereinigt). Im Kopf wird aus vielen Bildpunkten das Bild der Lichtquelle zusammengesetzt.[br][br]Vergrößere mit dem Schieberegler den Abstand zwischen Leuchtpunkt und Auge.
Hypothese
Experiment
Der Raum wird weitestgehend abgedunkelt. Die Augen werden zusätzlich mit den Händen verdeckt.
Bild von Albert Teichrew
Ergebnisse
Diskussion
Das Ersetzen des Lichtbündels durch einen Pfeil bezeichnet man als Idealisieren. Es kann Phänomene geben, bei denen diese und andere Idealisierungen nicht zielführend sind.
– Albert Teichrew

1.2.

–

1.3.

–

1.4.

–

2.

Schatten

  • 1. Schattenbild
  • 2. Kern- und Halbschatten
  • 3. Abbildung an einer Lochblende

2.1.

Schattenbild

Bild von [url=https://pixabay.com/de/users/seagul-191369/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=434708]Maria Maltseva[/url] auf [url=https://pixabay.com/de//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=434708]Pixabay[/url]
Phänomen
Auf allen Flächen wie dem Tisch, dem Boden oder der Wand können Schatten beobachtet werden. Sie zeigen oft einen verzerrten Umriss eines im Raum befindlichen Objekts.[br][br]Wovon hängt die Form des Schattenbilds ab?
Modell
Es werden Lichtwege von der Lichtquelle Q an einem Hindernis vorbei gezeichnet. Die gestrichelten Linien trennen die Bereiche ab, an denen Licht ankommt und nicht ankommt. Sie bilden die Form des Schattenbilds. [br][br]Verändere mit dem Schieberegler den Abstand der Lichtquelle zum Boden.
Hypothse
Experiment
Mit einer Lampe und einem Zylinder wird ein Schattenbild erzeugt. Das Modell deutet in AR die Lichtwege an, die den Schattenraum eingrenzen und das Schattenbild bilden.
Bild von Albert Teichrew
Ergebnisse
Diskussion
Im Experiment hat das Schattenbild bei genauerer Betrachtung keine so klare Grenze, wie es im Modell angedeutet wird. Für diesen Zweck muss es erweitert werden.
– Albert Teichrew

2.2.

–

2.3.

–

3.

Spiegel

  • 1. Reflexion
  • 2. Spiegelbild
  • 3. Spiegelgröße

3.1.

Reflexion

Bild von [url=https://pixabay.com/de/users/analogicus-8164369/?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=4014716]Tom[/url] auf [url=https://pixabay.com/de//?utm_source=link-attribution&utm_medium=referral&utm_campaign=image&utm_content=4014716]Pixabay[/url]
Phänomen
Wenn Licht auf eine spiegelnde Fläche trifft, dann ändert es seine Ausbreitungsrichtung. Das Licht der Sonne lässt sich auf diese Weise in eine bestimmte Richtung lenken. [br][br]Wovon hängt es ab, wohin das Licht reflektiert wird?
Modell
Das Licht einer Lichtquelle trifft auf einen Spiegel und wird reflektiert. Senkrecht zur Spiegelfläche wird das Lot konstruiert, an dem der Einfallswinkel [i]α[/i] gemessen wird. [br][br]Verändere mit dem Schieberegler den Einfallswinkel.
Hypothese
Experiment
Eine Lampe strahlt ein paralleles Lichtbündel auf eine Spiegelkachel auf dem Tisch. An der Decke ist ein Lichtfleck zu sehen. Das Modell deutet in AR nach der Einstellung des Einfallswinkels die Richtung des reflektierten Lichts an.
Bilder von Albert Teichrew
Ergebnisse
Diskussion
Das Modell zeigt, wie der Spiegel einfallendes Licht ablenkt. Das erklärt aber nicht, wie das Spiegelbild im Spiegel zustande kommt.
https://www.geogebra.org/3d/ac4vznnk
– Albert Teichrew

3.2.

–

3.3.

–

Information