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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