Aufgaben zur Optik¶

Ausbreitung des Lichts¶

Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Ausbreitung des Lichts.

(*) Weshalb trifft nur ein kleiner Anteil des Sonnenlichts auf die Erde? Wieso erscheint uns das Weltall als dunkel?

Lösung

(*) Weshalb kann Licht nicht – ähnlich wie Wasser – in einem Behälter eingefangen und aufbewahrt werden?

Lösung

Reflexion von Licht¶

Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Reflexion von Licht.

(*) Welche der Stoffe aus der folgenden Tabelle eignen sich dazu, Licht direkt (wie ein Spiegel) zu reflektieren? Welche Eigenschaft müssen ihre Oberflächen dafür besitzen?

Fensterglas Kalkstein Mehl Eis

Mattglas Granit Kochsalz Schnee

Kunststoff Diamant Zucker Wasser

Holz Metall Sirup Nebel

Lösung

(*) Weshalb können wir nachts Sterne sehen, die unvorstellbar weit entfernt sind, aber auf der Erde eine Lichtquelle kaum $\unit[50]{km}$ weit sehen?

Lösung

Lichtbrechung¶

Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Lichtbrechung.

(*) Ein optisches Medium hat eine Brechzahl von $n=1,48$ . Wie groß ist die Lichtgeschwindigkeit $c$ in diesem optischen Medium?

Lösung

(*) Licht breitet sich sich in einem optischen Medium mit $c=\unit[2,29 \cdot 10^8]{m/s}$ aus. Wie groß ist die Brechzahl $n$ des optischen Mediums?

Lösung

(**) Ein Lichtstrahl, der sich zunächst in Luft $(n_1=1)$ ausbreitet, fällt in einem Winkel $\alpha = 30,0\degree$ auf die Oberfläche eines transparenten Materials mit einer Brechzahl $n_2=1,45$ Lichtstrahl. Wie groß ist der Winkel $\beta$ des gebrochenen Lichtstrahls?

Lösung

(**) Ein Lichtstrahl geht von Quarzglas $(n_1 = 1,46)$ in Flintglas $(n_2 = 1,70)$ über. Wie groß ist hierbei die relative Brechzahl $\frac{n_2}{n_1}$ ? Wie groß ist der Winkel $\beta$ des gebrochenen Lichtstrahls, wenn der Winkel des einfallenden Lichtstrahls $\alpha = 20\degree$ beträgt?

Lösung

(**) Ein Lichtstrahl, der sich zunächst in Luft $(n_1=1)$ ausbreitet, fällt in einem Winkel $\alpha_1= 50,0\degree$ auf die Oberfläche eines transparenten Materials. Der Winkel des gebrochenen Lichtstrahls beträgt $\beta_1= 30,9\degree$ . Im gleichen Winkel $\alpha_2 = \beta_1$ trifft der Lichtstrahl auf ein zweites transparentes Material, wobei der Winkel des zum zweiten mal gebrochenen Lichtstrahls $\beta_2 = 33,6\degree$ beträgt. Wie groß sind die beiden Brechzahlen $n_2$ und $n_3$ beider Materialien?

Lösung

(**) Wie groß ist der Grenzwinkel $\alpha_{\mathrm{max}}$ , wenn ein Lichtstrahl von Diamant $(n_1 = 2,4)$ in Luft $(n_2 = 1)$ übergeht? Was passiert, wenn für den Einfallswinkel $\alpha > \alpha_{\mathrm{max}}$ gilt?

Lösung

(*) In welchen zwei möglichen Fällen wird Licht, das von einem durchsichtigen Medium in ein anderes übergeht, nicht gebrochen?

Lösung

Linsensysteme¶

Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Linsensysteme.

(*) Eine Sammellinse hat eine Brennweite von $f=\unit[150]{mm}$ . Wie groß ist ihre Brechkraft $D$ ?

Lösung

(*) Eine Zerstreuungslinse hat eine Brechkraft von $D=\unit[-4,0]{dpt}$ . Wie groß ist ihre Brennweite $f$ ?

Lösung

(*) Welche Brennweite $f_{\mathrm{ges}}$ hat eine Kombination zweier Sammellinsen, deren Brennweiten $f_1 = \unit[50]{mm}$ und $f_2 = \unit[75]{mm}$ betragen?

Lösung

(**) Die Brechkraft einer dünnen Linse beträgt $D = \unit[5,0]{dpt}$ . Ein Gegenstand befindet sich im Abstand $g = \unit[60]{cm}$ vor der Linse. In welcher Entfernung $b$ von der Linse befindet sich das Bild des Gegenstands? Wie groß ist der Abbildungsmaßstab $\tilde{\beta}$ ?

Lösung

(**) Eine Zerstreuungslinse hat eine Brechkraft von $\unit[-8,0]{dpt}$ . Wie groß ist die Brennweite des der Linse, und an welcher Stelle $b$ befindet sich das eines Gegenstands, der sich in $g=\unit[9,0]{cm}$ Entfernung von der Linse befindet?

Lösung

Optische Geräte¶

Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Optische Geräte.

(*) Ein Kepler-Fernrohr hat ein Objektiv mit einer Brennweite von $f_{\mathrm{Obj}} = \unit[32]{cm}$ und ein Okular mit einer Brennweite von $f_{\mathrm{Ok}} = \unit[4]{cm}$ . Welche Vergrößerung hat das Fernrohr insgesamt?

Lösung

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