Dieser Kurs gehört zum Fachbereich Physik.
Die Optik befasst sich im engeren Sinn nur mit dem Teil des elektromagnetischen Spektrums, der für den menschlichen Beobachter durch sein Auge wahrnehmbar ist. Dieser Teil umfasst, ausgedrückt in Lichtwellenlängen im Vakuum, etwa das Wellenlängeninterval von 400 nm (violett) bis 730 nm (rot), wobei die maximale Strahlungsempfindlichkeit des Auges im Bereich des grünen Lichts bei 555 nm liegt und bereits bei 510 nm und 610 nm auf die Hälfte abgesunken ist. Damit werden im Gegensatz zur Akustik, welche etwa den Schallfrequenzbereich von 20 Hz bis 20 kHz mit circa zehn Oktaven der Schallfrequenz umfasst, nur ca 20 % einer optischen Oktave gut erfasst. Gegenüber etwa Kühen, die farbenblind sind, hat der Mensch den Vorteil des Farbsehens. Andererseits verfügen z. B. Insekten über die Fähigkeit, jenseits des violetten Bereichs noch Strahlung mit dem Auge wahrzunehmen.
Im Vakuum breitet sich alle elektromagnetische Strahlung mit der Geschwindigkeit von 299792458 m/s (≈ 3*108 m/s) aus . Sie ist definitorische Vereinbarung der Metrologen und Physiker, die damit auch verfügten, dass die Einheit der Länge durch die Einheit der Zeit festgelegt wurde, auch um den Ansprüchen der Astronomen und Geodäten an eine präzise Längenmessung genüge zu tun. Die reale Länge wird daher durch den Uhrmacher dargestellt.
Vorlesungen
- ...
Experimente
Planung von Experimenten und Materialsammlung: siehe Test-Labor.
Vorschlag:
- Kurs:Optik/Vorbemerkungen
- Beschaffung von Experimentiermaterial
- Bauanleitungen
Teil 1) Geometrische Optik (Strahlenoptik)
- Kurs:Optik/Brechung, optische Dichte und Brechzahl
- Reflexion
- Totalreflexion
- Kurs:Optik/Das erste Bild - die Lochkamera
- Kurs:Optik/Sammellinse - Streulinse
- Brennweite aus Gegenstandsweite und Bildweite
- Spiegel: Sphärische Spiegel und die Katakaustik
- Parabolspiegel
- Konvexspiegel
- Linsenkombinationen: Lupe, Teleskop, Mikroskop und der Vergrößerungsfaktor
- Öffnungsverhältnis, Lichtstärke und Austrittspupille von Teleskopen
- Optische Auflösung (hier nur Hinweis, dass endloses Steigern der Vergrößerung nichts bringt - Rest im Teil 2)
- Chromatische Abberration: Abhängigkeit der Brennweite von der Wellenlänge und achromatische Optiken
- Bildfeldkrümmung (einfach) / Korrektur der Bildfeldkrümmung durch Feldlinse (schwieriger)
- Wirkung von Blenden bei der Linsenabbildung
- Astigmatismus
- Prisma
- Infrarot und Ultraviolett
- Der Schwarze Strahler
- Kurs:Optik/Qualität optischer Oberflächen: Laserpointer, Foucault-Probe und Ronchi-Test
Teil 2) Wellenoptik
- Polarisation durch Reflexion an nichtmetallischen Oberflächen
- Polarimeter
- Doppelbrechung an Kalkspat
- Beugung an Spalt und Lochblende - Interferenz
- Beugung am Doppelspalt
- Kurs:Optik/Beugung am Gitter
- Auflösungsvermögen
Teil 3) Praktische Anwendungen
- Spektroskopie
- Photometrie
- Holografie
