• Nachweis, dass sich die Lichtgeschwindigkeit in Wasser und in Luft unterscheidet
• Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit in Wasser

• Veranschaulichung des Strahlengangs am Spiegel mit Augmented Reality (AR)
• Untersuchung der Sichtbarkeit des Spiegelbildes in Abhängigkeit der Position des Betrachters

• Herstellung eines Reflexionsgitters aus Schokolade

• Durch einen einfachen Trick ohne Brille so scharf sehen und wie mit Brille.
• Zwischen zwei Stiften dunkle Linien im Blickfeld erscheinen lassen.
• Mit zwei Stiften den Punkt eines Lasers zu mehreren Punkten erweitern (Interferenzmuster erzeugen).

• Wichtige optische Geräte sind Lupe, Fernrohr, Mikroskop und Fotoapparat.
• Beim Fernrohr wird zwischen Kepler- und Galilei-Fernrohr unterschieden.
• Häufig ist die Vergrößerung \(V\) eines optischen Gerätes von besonderem Interesse.

• Größenordnung der Wellenlänge: zwischen \(1\,{\rm m}\) und \(1\,{\rm mm}\)
• Größenordnung der Frequenz: von \(300\,{\rm MHz}\) bis \(300\,{\rm GHz}\)
• Anwendungen: Funk, Mikrowellenherd, Radar

• Zur Berechnung des Gangunterschiedes muss unterschieden werden, ob Sender und Empfänger nahe oder weit entfernt voneinander sind im Vergleich zu ihrem Abstand.
• Bei Reflexion am optisch dichteren Medium muss zusätzlich der Phasensprung berücksichtigt werden.

• Bewegt sich der Sender auf den Empfänger zu, so ist die vom Empfänger wahrgenommene Wellenlänge \(\lambda'\) kürzer.
• Bewegt sich der Sender vom Empfänger weg, so ist die vom Empfänger wahrgenommene Wellenlänge \(\lambda'\) länger.
• Der Effekt führt zur Rot- bzw. Blauverschiebung von Spektren, was genutzt wird, um Planetenbewegungen zu untersuchen.

• Beugung ist die Ablenkung einer Welle an einem Hindernis.
• Konstruktive Interferenz bedeutet eine Verstärkung.
• Destruktive Interferenz bedeutet eine Auslöschung.

• Interferenz tritt häufig auch bei der Reflexion an dünnen Schichten auf - daher schimmern Seifenblasen und Ölschichten auf Wasser häufig farbig.
• Bei der Berechnung muss der Phasensprung bei Reflexion an optisch dichterem Medium berücksichtigt werden.

• Die Abbildungsgleichung \(\frac{B}{G} = \frac{b}{g}\) beschreibt den Zusammenhang zwischen Bildgröße \(B\), Gegenstandsgröße \(G\), Bildweite \(b\) und Gegenstandsweite \(g\) bei einer Linsenabbildung.
• Die Linsengleichung \(\frac{1}{f}=\frac{1}{b}+\frac{1}{g}\) beschreibt den Zusammenhang zwischen Brennweite \(f\), Gegenstandsweite \(g\) und Bildweite \(b\) bei einer Linsenabbildung.
• Die Linsengleichung kann mithilfe der Hauptstrahlen und des Strahlensatzes hergeleitet werden.
• Die Linsengleichung gilt sowohl für Sammel- als auch Zerstreuungslinsen.

• Absorption - der Gegenstand nimmt das Licht "in sich" auf
• regelmäßige Reflexion - der Gegenstand reflektiert das Licht in eine bestimmte Richtung
• Streuung - der Gegenstand streut das Licht in verschiedenste Richtungen
• Durchlassen des Lichtes (Durchsichtigkeit) - der Gegenstand lässt das Licht unverändert durch sich hindurch.

In der Regel treten mehrere dieser Phänomene gleichzeitig auf.

• Dein Auge ist - ähnlich wie eine Kamera - ein "Lichtempfänger".
• Du siehst einen Gegenstand nur dann, wenn Licht von diesem Gegenstand aus in dein Auge fällt.
• Nicht selbstleuchtende Gegenstände, wie eine Blume, siehst du, wenn diese Gegenstände das Licht von einer Lichtquelle in dein Auge zurückwerfen.

• Ein Lichtstrahl ändert an der Grenzfläche zweier Medien unterschiedlicher optischer Dichte seine Ausbreitungsrichtung. Der Strahl wird gebrochen.
• Beim Übergang vom optisch dünneren zum optisch dichteren Medium wird der Strahl zum Lot hin gebrochen \({\left(\alpha_{1}> \alpha_{2}\right)}\).
• Beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium wird der Strahl vom Lot weg gebrochen \({\left(\alpha_{1}< \alpha_{2}\right)}\).

Joachim Herz Stiftung

• Konvexlinsen, auch Sammellinsen genannt, brechen parallel einfallende Lichtstrahlen so, dass sich die Lichtstrahlen im Brennpunkt kreuzen.
• Konkavlinsen, auch Zerstreuungslinsen genannt, brechen parallel einfallende Lichtstrahlen so, dass sich die Lichtstrahlen im Raum zerstreuen.
• Die Sammel- bzw. Zerstreuungswirkung von Linsen kann mithilfe der Brechungseigenschaften von Prismen erklärt werden.

• Bei Konvexlinsen ist der Brennpunkt \(\rm{F_1}\) der Punkt, in dem sich parallel zur optischen Achse verlaufende Lichtstrahlen nach der Brechung durch die Linse auf der optischen Achse schneiden.
• Bei Konkavlinsen ist der Brennpunkt \(\rm{F_1}\) der Schnittpunkt der nach rückwärts verlängerten, gebrochenen Strahlen.
• Die Brennweite \(f\) ist der Abstand des Brennpunktes zu Linsenebene.
• Gegenstandsweite \(g\) und Gegenstandsgröße \(G\) beziehen sich auf den abzubildenden Gegenstand, Bildweite \(b\) und Bildgröße \(B\) beziehen sich auf das Bild des Gegenstandes.

• Im Wellenmodell wird Licht als Welle angesehen - ähnlich wie Wasser- oder Schallwellen.
• Jeder Ort einer Wellenfront ist dabei Ausgangspunkt einer neuen Elementarwelle mit gleicher Geschwindigkeit und Frequenz.
• Beugung und Interferenz am Doppelspalt können im Wellenmodell erklärt werden.

• Gibt es nur zwei Quellen bzw. Sender, so spricht man von Zwei-Quellen-Interferenz.
• Winkelweite und Gangunterschied lassen sich besonders einfach berechnen, wenn der Abstand Sender-Empfänger groß ist gegenüber dem Abstand der beiden Sender.
• Aus dem Beugungsbild von Licht am Doppelspalt, kann man die Wellenlänge des Lichtes bestimmen.

• Durch Verwendung mehrerer Spalte werden die Interferenzmaxima intensiver und schärfer.
• Aus dem Abstand zwischen den Hauptmaxima kann bei bekanntem Spaltabstand sehr präzise die Wellenlänge des Lichtes berechnet werden.

• Auch am Einzelspalt treten Interferenzerscheinungen auf.
• Die Lage der Maxima und Minima wird von der Spaltbreite \(B\) und der Wellenlänge \(\lambda\) beeinflusst.
• Die Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenz unterscheiden sich von denen beim Doppelspalt bzw. Gitter.

• Bei der additiven Farbmischung entstehen unterschiedliche Farbeindrücke dadurch, dass zu vorhandenem Licht das Licht weiterer Spektralfarben hinzugefügt wird.
• In der Praxis mischt man nur Licht der drei Spektralfarben "Rot", "Grün" und "Blau". Man spricht dann vom RGB-Farbraum und nennt die Spektralfarben "Rot", "Grün" und "Blau" die Grund- oder Primärfarben der additiven Farbmischung.
• Mischt man das Licht dieser drei Grundfarben passend zusammen, so erhält man fast alle möglichen Farbeindrücke und auch den Farbeindruck "weiß".

• Bei der subtraktiven Farbmischung entstehen unterschiedliche Farbeindrücke dadurch, dass aus vorhandenem Licht das Licht einzelner Spektralfarben herausgefiltert wird.
• In der Praxis filtert man aus Licht, in dem alle Spektralfarben enthalten sind, getrennt voneinander Licht des "roten", des "grünen" und des "blauen" Spektralbereichs heraus. Die entsprechenden Farbfilter erscheinen uns in den Farben "Cyan", "Magenta" und "Gelb" ("Yellow"). Man spricht deshalb vom CMY-Farbraum.
• Filtert man aus Sonnenlicht das Licht des "roten", des "grünen" und des "blauen" Spektralbereichs in unterschiedlichen Kombinationen und Filterstärken heraus, so erhält man fast alle möglichen Farbeindrücke bis hin zum Farbeindruck "schwarz".

• Weißes Licht lässt sich mithilfe eines Prismas in seine Spektralfarben zerlegen.
• Als Spektralfarben werden meist die Regenbogenfarben Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett bezeichnet.
• Spektralfarben lassen sich nicht weiter in andere Farben zerlegen. Es sind reine Farben.
• Licht enthält oft auch nicht sichtbare Anteile - zum einen infrarotes Licht und zum anderen ultraviolettes Licht.

• Das Bild bei einer Lochkamera steht auf dem Kopf und ist seitenverkehrt.
• Wenn man das Loch vergrößert, wird das Bild zwar heller, dafür aber unschärfer.
• Bildgröße \(B\) und Gegenstandsgröße \(G\) sowie Bildweite \(b\) und Gegenstandsweite \(g\) sind quotientengleich: \(\frac{B}{G}=\frac{b}{g}\).

• Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Licht nennt man Lichtgeschwindigkeit.
• Die Lichtgeschwindigkeit im luftleeren Raum (Vakuum) beträgt \(299.792.458\,\rm{\frac{m}{s}}\). Das sind etwa \(300.000\,\rm{\frac{km}{s}}\)
• In Formeln wird diese Lichtgeschwindigkeit häufig mit \(c\) bezeichnet.

• Von Konvexlinsen erzeugte reelle Bilder (Voraussetzung \(g>f\)) sind höhen- und seitenverkehrt.
• Bilder entstehen dabei punktweise! Bilder wandern niemals als Ganzes.

• Beim Übergang zwischen zwei Medien wird ein Teil des Lichtes reflektiert.
• Nur beim Übergang vom optisch dichteren zum optisch dünneren Medium kann Totalreflexion auftreten.
• Den Grenzwinkel der Totalreflexion \(\alpha_{\rm{Gr}}\) hängt von den beiden Materialien ab.

• Gesetz von MALUS: \(I=I_0\cdot \cos^2\left( \alpha \right)\)

• Die Polarisation beschreibt die Schwingungsrichtung einer Transversalwelle.
• Lineare Polarisationsfilter können nur von Licht einer bestimmten Schwingungsrichtung passiert werden.
• Laserlicht und das Licht von Computerdisplays ist polarisiert.

• Das Schirmbild hinter einem Doppelspalt zeigt Beugungs- und Interferenzerscheinungen.
• Die Lage der Maxima und Minima wird u.a. vom Spaltabstand \(d\) und der Wellenlänge \(\lambda\) beeinflusst.
• Es gibt Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenz.