Im 19. Jh. gelang es, die Lichtgeschwindigkeit mit immer größerer Genauigkeit auch auf der Erde zu messen. Dabei zeigte sich: Die Lichtgeschwindigkeit in Materie ist kleiner als im Vakuum und hängt von der Farbe des Lichts ab (61.1). Als sich im 20. Jh. die Genauigkeit des Werts der Vakuumlichtgeschwindigkeit nicht mehr verbessern ließ, wurde er als exakte Zahl (ohne Fehler) festgelegt. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt für alle Farben c = 299 792 458 m/s (≈ 300 000 km/s). Die Lichtgeschwindigkeit in Materie ist kleiner als im Vakuum. Sie hängt vom durchlaufenen Material und von der Farbe des Lichts ab. Rotes Licht läuft etwas rascher als violettes Licht. Mittels der Vakuumlichtgeschwindigkeit wird die Basiseinheit „Meter“ definiert. Die SI-Einheit Meter ist jene Strecke, die das Licht im luftleeren Raum (Vakuum) innerhalb von 1/299 792 458 s zurücklegt. 1.2 Reflexion und Brechung des Lichts Fällt Licht auf einen Gegenstand, so wird ein Teil des Lichts zurückgeworfen, reflektiert, ein Teil wird absorbiert. Wir sehen unsere Umgebung, weil das von den Körpern reflektierte Licht in unser Auge trifft und auf der Netzhaut ein Bild entsteht. Die dadurch verursachten Nervensignale werden an das Gehirn weitergeleitet. Gegenstände mit rauen Oberflächen reflektieren einen Teil des auffallenden Lichts in alle Richtungen, wir können sie daher aus allen Richtungen betrachten. Man spricht von diffuser Reflexion. Ein Teil des Lichts wird immer absorbiert. An sehr glatten Oberflächen wird das Licht nur in eine Richtung reflektiert (Spiegelung). Reflexionsgesetz Bei der Reflexion von Licht an einem Spiegel ist der Einfallswinkel α gleich dem Reflexionswinkel α' ( α und α' werden zwischen Lot auf die Körperoberfläche und einfallendem bzw. reflektierten Lichtbündel gemessen). Einfallendes Lichtbündel, Lot und reflektiertes Lichtbündel liegen in einer Ebene. Fällt Licht auf ein durchsichtiges Medium, etwa auf Glas oder eine Wasserfläche, so wird es zum Teil reflektiert (siehe Physik 6, S. 51), zum Teil absorbiert, zum Teil durchgelassen. Beim Eintritt in das Medium ändert sich die Ausbreitungsrichtung des Lichts, es wird gebrochen (siehe Physik 6, S. 52). Die Richtung des gebrochenen Lichtbündels wird durch das Brechungsgesetz beschrieben. Die Kenntnis des Brechungsgesetzes ermöglicht die Konstruktion vieler optischer Geräte, sie ist daher vor allem für die optische Industrie wichtig. 61.1 Lichtgeschwindigkeit in Wasser, Glas und im Vakuum in km/s. cWasser cGlas cVakuum Rot 226 929 196 980 299 792 Gelb 224 888 196 679 299 792 Violett 223 714 196 335 299 792 61.2 Sender-Empfänger-Modell Licht Lichtquelle Lichtempfänger 61.3 Messung des Reflexionswinkels eines sehr schmalen Lichtbündels (Lichtstrahls) mittels optischer Scheibe. 61.4 Brechung von Luft in Wasser. Den Winkel zwischen Lot und einfallendem Lichtbündel bezeichnet man als Einfallswinkel α, den Winkel zwischen Lot und gebrochenem Bündel als Brechungswinkel β. Beim Übergang von Luft in Wasser wird das Bündel zum Lot gebrochen. Einfallslot einfallendes Licht reflektiertes Licht Einfallswinkel Reflexionswinkel Brechungswinkel gebrochenes Licht Wir leben in einem Lichtmeer Wie wir im letzten Kapitel gesehen haben, sind wir von unterschiedlichsten elektromagnetischen Wellen umgeben. Einen bestimmten Anteil davon, das Licht, erfassen wir mit unseren Augen. Woher kommt das Licht? Zumeist wird Licht von sehr heißen Körpern ausgesendet, die „Sender“ sind in diesem Fall Sterne, aber auch Kerzen oder Glühlampen. Licht kann auch durch elektrische Vorgänge entstehen (etwa LEDs, Leuchtstofflampen). Um Licht zu registrieren, braucht es einen Empfänger. Es kann sich dabei um einen natürlichen Empfänger handeln, wie das Auge, oder um künstliche Detektoren, wie z. B. eine Photozelle (61.2). Dem Empfänger ist es gleichgültig, woher das Licht kommt. Er registriert auch Licht, das an Körpern gestreut oder reflektiert wird. Das ist auch der Grund, warum es tagsüber hell ist: Wir sehen nicht die Sonne, sondern das Licht, das von den Gegenständen unserer Umgebung nach allen Richtungen (diffus) reflektiert wird oder an den Molekülen der Atmosphäre gestreut wird. 61 1 Reflexion und Brechung Elektromagnetische Wellen Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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