Licht

Diese Seite kann als Einstieg in eine Unterrichtsreihe zur Optik genutzt werden.

Licht und Lichtausbreitung

Unterrichtsreihe Optik/Licht und Ausbreitung

Lichtbündel, Lichtstrahl, Lichtgeschwindigkeit

Vom Lichtbündel zum Lichtstrahl

Frage

Wie breitet sich das Licht aus?

Versuch: :Eine offene Glühbirne wird eingeschaltet.

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Merke

Licht breitet sich nach allen Seiten aus.

Frage

Kann Licht um Ecken gehen, d.h. können Photonen auf geknickten oder gekrümmten Wegen verlaufen?

Versuch: :Darstellung des Lichtkegels mittels Mattscheibe, sowie Loch- und Spaltblende.

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Licht breitet sich geradlinig aus. Die Photonen bewegen sich auf Geraden. Wird ein Lichtkegel immer weiter eingeengt, so gelangen wir zu einem Lichtstrahl. Ein Lichtstrahl ist vorstellbar als die Bahn, auf der sich die Photonen bewegen.

Wie groß ist die Lichtgeschwindigkeit?

Galileo Galilei ging dieser Frage bereits vor 400 Jahren nach. Er postierte zwei Leute mit Laternen auf verschiedenen Bergen. Er erlangte keine zufriedenstellenden Ergebnisse.

Dem Franzosen Fizeau gelang 1849 die Messung der Lichtgeschwindigkeit mit einer sich drehenden Lochscheibe.

Merke

Licht breitet sich von einer Lichtquelle ausgehend nach allen Seiten aus, wenn es nicht behindert wird. Die Lichtteilchen (Photonen) bewegen sich dabei auf Geraden mit einer Geschwindigkeit von 300000 km/s. Durch Blenden kann man verschieden weite Lichtbündel herstellen. Die Form der Blende legt die Form des Lichtbündels fest. Sehr enge Lichtbündel nennt man Lichtstrahlen. Lichtstrahlen kann man als Photonenbahnen auffassen.

Schatten

Wie entsteht Schatten?

Frage

Kann man über seinen eigenen Schatten springen?

Versuch: :Eine Glühlampe beleuchtet einen undurchsichtigen Gegenstand. Mit einem Blatt Papier wird der Schattenraum ausgemessen.

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Merke

Schatten entsteht an der lichtabgewandten Seite eines lichtundurchlässigen Körpers. Dort fehlt das Licht, das der Körper verschluckt.

Versuch: :Zwei Leuchten werden so aufgestellt, das zwei Schatten entstehen. Die Schatten sollen zusammenlaufen.

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Versuch: :Die Schattenbildung durch eine ausgedehnte Lichtquelle (Leuchtstoffröhre) wird gezeigt.

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Ergebnis: Die Schattenabstufung verschwindet.

Eine schattenfreie Ausleuchtung erreicht man durch Milchglas, Lichtbänder, und weiße Zimmerdecken.

Merke

Hinter undurchsichtigen Körpern entsteht ein lichtfreier Raum, der Schattenraum. Auf einen Schirm, der in diesen Raum gebracht wird, entsteht eine Schattenfläche, der Schatten. Eine punktförmige Lichtquelle führt zu harten Schatten, mehrere zu Halb- und Kernschatten. Ausgedehnte Lichtquellen ergeben weiche Übergänge zwischen Licht und Schatten. Sie ermöglichen schattenfreie Beleuchtung.

Schatten im Weltraum

Da im Weltraum Lichtquellen und Schattenkörper vorhanden sind; entstehen Schattenräume und Schatten.

Tag und Nacht

Die sonnenabgewandte Seite der Erde ist der Schattenraum der Erde. Durch die Drehung der Erde um ihre Achse entsteht so Tag und Nacht.

Mondphasen

Auch der Mond hat eine von der Sonne beleuchtete und eine unbeleuchtete Seite. Da wir beim Umlauf des Mondes um die Erde unterschiedliche Anteile der beleuchteten Mondhälfte sehen, entstehen für uns die Mondphasen.

Sonnenfinsternis

Tritt der Mond bei seinem Umlauf um die Erde zwischen Erde und Sonne, kann sein Schatten auf die Erde fallen. Im Bereich dieses Schattens ist die Sonne für die Betrachter ganz oder teilweise durch den Mond verdeckt. Es entsteht so eine totale oder eine partielle Sonnenfinsternis.

Mondfinsternis

Durchläuft dagegen der Mond ganz oder teilweise den Schattenraum der Erde, so wird er mehr oder weniger vollständig verdunkelt. Es entsteht eine totale oder partielle Mondfinsternis.

Monddaten

Mittlere Entfernung Mond- Erde: 384.405 km.

Mondradius: 1738 km (0,272 mal Erdradius).

Mondmasse: 1/81 tel der Erdemasse (81 Monde haben die gleiche Masse wie die Erde).

Wegen seiner geringen Masse kann der Mond keine Atmosphäre halten. Der Mond leuchtet nicht selber, er reflektiert nur das Licht der Sonne.

Mondumlauf um die Erde: 27,3 Tage. In der gleichen Zeit rotiert er einmal um seine eigene Achse. Deshalb ist die Rückseite des Mondes nie zu sehen. Infolge der Atmosphärerosigkeit und der langsamen Umdrehung gibt es auf dem Mond starke Temperaturunterschiede.

Nachtgebiet: minus 160 °C, Taggebiet plus 130 °C.

Linkliste

• Thomas Seilnacht (Didaktik der Naturwissenschaften): Licht - Absorption, Reflexion, Brechung, Totalreflexion, Interferenz
• maßstäbe 3 - Zum Licht von der Physikalisch Technischen Bundesanstalt

• Tabelle zu Mondfinsternis und anderen Ereignissen

• Lochkamera - Abbildungsmaßstab (C. Wolfseher)
• Aufgabensammlung zur Physik

Siehe auch

• Astronomie
• Optik
• Physik