Licht in der geometrischen Optik

(Siehe Hecht, Optik [Hec, pp. 41]) (Siehe Pérez, Optik [Pér96, pp. 7])

Versuch zur Vorlesung: Brechung und Reflexion (Versuchskarte O-068)

In der geometrischen Optik hat das Licht die folgenden Eigenschaften:

• Licht bewegt sich in homogenen Medien geradlinig aus.
• Licht wird durch Lichtstrahlen dargestellt (Im Wellenbild entspricht dies ebenen Wellen).
• Licht hat nur eine Farbe, das heisst es ist monochromatisch.
• Wenn die Farbe von Licht keinen Einfluss auf die Ausbreitung des Lichtes hat, verwendet man auch weisses Licht.
• Licht wird an Oberflächen reflektiert. Dabei gilt das Reflexionsgesetz.
  
  
  
  
  

  

  Reflexionsgesetz: links die Querschnittsansicht und rechts eine dreidimensionale Skizze

  
  
  
  
  Der einfallende Strahl und der reflektierte Strahl liegen in einer Ebene, in der auch die Oberflächennormale zur reflektierenden Oberfläche liegt. Für die Winkel zwischen den Lichtstrahlen und der Oberflächennormale gilt

  $$\alpha = \gamma$$ (2..6)

  
  

• Tritt ein Lichtstrahl von einem transparenten Medium mit der Lichtgeschwindigkeit $c_1$ in ein zweites transparentes Medium mit der Lichtgeschwindigkeit $c_2$ ein, so wird er gebrochen.
  
  
  
  
  

  

  Strahlengang bei Brechung. Links ist der Strahlengang gezeigt, wenn Licht aus dem optisch dünneren Medium mit $c_1$ in das optisch dichtere Medium mit $c_2<c_1$ eintritt. Die rechte Zeichnung zeigt den umgekehrten Verlauf der Strahlung, aus dem optisch dichteren Medium in das optisch dünnere Medium.

  
  
  
  
  Das Brechungsgesetz oder das Gesetz von Snellius lautet

  $$\frac{\sin\alpha}{c_1} = \frac{\sin\beta}{c_2}$$ (2..7)

  
  
  Mit dem Brechungsindex, der definiert ist als das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum $c$ und der Lichtgeschwindigkeit im Medium $i$, $c_i$

  $$n_i = \frac{c}{c_i}$$ (2..8)

  
  
  lautet das Brechungsgesetz

  $$n_1\sin\alpha = n_2\sin\beta$$ (2..9)

  
  

Mit diesen beiden Gesetzen können die Phänomene der geometrischen Optik berechnet werden.

Versuch zur Vorlesung: Applet Lichtbrechung (Versuchskarte -)