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Lichtgeschwindigkeit in Wasser

Versuche

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

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Versuche

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  • Bestimmung der Lichtgeschwindigkeit in Wasser

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Baue eine Querflöte

Versuche

  • Bau einer funktionierenden Querflöte als Anwendung von stehenden Wellen

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20 Jahre LEIFIphysik: Physikunterricht zum Wettbewerb

Grundwissen

Der LEIFIphysik-Fotowettbewerb ist eine gute Gelegenheit, um über Physik in der Welt um uns herum zu sprechen und diese im Rahmen eines physikalischen Spaziergangs zu entdecken. Das geht auch direkt im Physikunterricht. Auf dieser Seite findet sich ein Vorschlag zum Ablauf.

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Der LEIFIphysik-Fotowettbewerb ist eine gute Gelegenheit, um über Physik in der Welt um uns herum zu sprechen und diese im Rahmen eines physikalischen Spaziergangs zu entdecken. Das geht auch direkt im Physikunterricht. Auf dieser Seite findet sich ein Vorschlag zum Ablauf.

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Spiegelbild (Augmented Reality)

Versuche

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

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Versuche

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

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DOPPLER-Effekt beim Fahrradfahren (Smartphone-Experiment mit phyphox)

Versuche

  • Nachweis des Auftretens des DOPPLER-Effektes beim Radfahren
  • Messung der Geschwindigkeit eines Radfahrers mittels DOPPLER-Effekt

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  • Nachweis des Auftretens des DOPPLER-Effektes beim Radfahren
  • Messung der Geschwindigkeit eines Radfahrers mittels DOPPLER-Effekt

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Regenbogenschokolade - Reflexionsgitter aus Schokolade

Versuche

  • Herstellung eines Reflexionsgitters aus Schokolade

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Versuche

  • Herstellung eines Reflexionsgitters aus Schokolade

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Blende und Schärfentiefe (Heimversuch)

Versuche

  • 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).

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Versuche

  • 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).

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Erklärung eines Versuchs

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Das folgende Video zeigt einen Versuch in dem ein Reagenzglas aus Borosilikat zunächst von außen und innen mit Rapsöl umgeben wird. Anschließend wird…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Das folgende Video zeigt einen Versuch in dem ein Reagenzglas aus Borosilikat zunächst von außen und innen mit Rapsöl umgeben wird. Anschließend wird…

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Messung der Lichtgeschwindigkeit in Plexiglas

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Das folgende Video der Ecole Science zeigt den Aufbau, die Durchführung und die Beobachtungen eines Experimentes zur Bestimmung der…

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Doppelspalt - Intensitätsverteilung

Ausblick
Ausblick

Formel zur Bestimmung von Wellenlängen mit dem Doppelspalt

Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Hinweis: Hilfen zur Lösung dieser Aufgabe findest du im Grundwissen zum Doppelspalt. …

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Aufgabe ( Einstiegsaufgaben )

Hinweis: Hilfen zur Lösung dieser Aufgabe findest du im Grundwissen zum Doppelspalt. …

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Das Echo vom Königssee

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

  Bild mit freundlicher Genehmigung der staatlichen bayerischen Seenschifffahrt. …

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

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Sternfunkeln

Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Abb. 1  Funkeln der Sterne am Nachthimmel Eine Nacht im Gebirge im Freien zu verbringen und den…

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Aufgabe ( Übungsaufgaben )

Abb. 1  Funkeln der Sterne am Nachthimmel Eine Nacht im Gebirge im Freien zu verbringen und den…

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Entwicklung schwerer Sterne

Grundwissen

  • Massereiche Sterne der Hauptreihe kollabieren unter ihrer eigenen Gravitation, wenn im Kern kein Energiegewinn mittels Fusion mehr möglich ist.
  • Neutronensterne besitzen kleine Radien von etwas \(10\) bis \(13\,\rm{km}\) und eine extrem hohe Dichte.
  • Schnell rotierende Neutronensterne können gerichtete Radiostrahlung aussenden, die bei günstiger geometrischer Lage auf der Erde detektiert werden können. Solche Sterne nennt man Pulsare.

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  • Massereiche Sterne der Hauptreihe kollabieren unter ihrer eigenen Gravitation, wenn im Kern kein Energiegewinn mittels Fusion mehr möglich ist.
  • Neutronensterne besitzen kleine Radien von etwas \(10\) bis \(13\,\rm{km}\) und eine extrem hohe Dichte.
  • Schnell rotierende Neutronensterne können gerichtete Radiostrahlung aussenden, die bei günstiger geometrischer Lage auf der Erde detektiert werden können. Solche Sterne nennt man Pulsare.

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Kosmologie und Standardmodell

Grundwissen

  • Die Kosmologie beschäftigt sich mit dem derzeitigen Aufbau und der zeitlichen Entwicklung, also der Geschichte des Universums
  • Das sog. Standardmodell der Kosmologie ist die anerkannteste Theorie über die Entwicklung des Universums und geht von einem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren aus.

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Grundwissen

  • Die Kosmologie beschäftigt sich mit dem derzeitigen Aufbau und der zeitlichen Entwicklung, also der Geschichte des Universums
  • Das sog. Standardmodell der Kosmologie ist die anerkannteste Theorie über die Entwicklung des Universums und geht von einem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren aus.

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Mondphasen

Grundwissen

  • Die Mondphasen entstehen dadurch, dass sich der Mond um die Erde dreht und je nach Position ein bestimmter Teil seiner Oberfläche Licht in Richtung der Erde reflektiert.
  • Ein Mondphasenzyklus dauert in etwa 29,5 Tage und beinhaltet Neumond, zunehmenden Halbmond, Vollmond und abnehmenden Halbmond.

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  • Die Mondphasen entstehen dadurch, dass sich der Mond um die Erde dreht und je nach Position ein bestimmter Teil seiner Oberfläche Licht in Richtung der Erde reflektiert.
  • Ein Mondphasenzyklus dauert in etwa 29,5 Tage und beinhaltet Neumond, zunehmenden Halbmond, Vollmond und abnehmenden Halbmond.

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Sonnenfinsternis

Grundwissen

  • Bei einer Sonnenfinsternis befindet sich der Mond zwischen Sonne und Erde
  • Man unterscheidet meist zwischen totaler und partieller Sonnenfinsternis
  • Im Kernschatten des Mondes befindet sich immer nur ein kleiner Teil der Erdoberfläche

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  • Bei einer Sonnenfinsternis befindet sich der Mond zwischen Sonne und Erde
  • Man unterscheidet meist zwischen totaler und partieller Sonnenfinsternis
  • Im Kernschatten des Mondes befindet sich immer nur ein kleiner Teil der Erdoberfläche

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Beugung und Interferenz - Einführung

Grundwissen

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

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

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Interferenz an dünnen Schichten

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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Stoffverhalten

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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Lichtbrechung - Einführung

Grundwissen

  • 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 \({\left(\alpha_{1}< \alpha_{2}\right)}\).

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  • 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 \({\left(\alpha_{1}< \alpha_{2}\right)}\).

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Linsenformen

Grundwissen

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Strahlengang bei Konvex- und Konkavlinsen
  • 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.

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Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Strahlengang bei Konvex- und Konkavlinsen
  • 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.

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Begriffe bei der Linsenabbildung

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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Licht als Welle

Grundwissen

  • 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.

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Grundwissen

  • 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.

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Zwei-Quellen-Interferenz

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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Vielfachspalt und Gitter

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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Jährliche Sternbewegung

Grundwissen

  • Nahe Fixsterne scheinen im Laufe eines Jahres bei der Beobachtung von der Erde aus vor dem weit entfernten Sternenhintergrund etwas zu wandern.
  • Ursache dafür ist, dass sich die Erde im Laufe eines Jahres einmal um die Sonne bewegt.
  • Mithilfe der beobachteten jährlichen Parallaxe \(p\) kann die Entfernung relativ naher Sterne (mit einfachen Teleskopen vom Erdboden bis ca. \(100 \rm{pc} = 326\,\rm{Lj}\)) berechnet werden. Mit speziellen Raumsonden (z.B. Gaia) erhöht sich die Reichweite erheblich.

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  • Nahe Fixsterne scheinen im Laufe eines Jahres bei der Beobachtung von der Erde aus vor dem weit entfernten Sternenhintergrund etwas zu wandern.
  • Ursache dafür ist, dass sich die Erde im Laufe eines Jahres einmal um die Sonne bewegt.
  • Mithilfe der beobachteten jährlichen Parallaxe \(p\) kann die Entfernung relativ naher Sterne (mit einfachen Teleskopen vom Erdboden bis ca. \(100 \rm{pc} = 326\,\rm{Lj}\)) berechnet werden. Mit speziellen Raumsonden (z.B. Gaia) erhöht sich die Reichweite erheblich.

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Additive Farbmischung

Grundwissen

  • 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".

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  • 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".

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Subtraktive Farbmischung

Grundwissen

  • 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".

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  • 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".

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Spektralfarben

Grundwissen

  • 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.

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  • 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.

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