Optik: Licht und die drei Modelle verstehen

Ohne Licht können deine Augen keine Gegenstände erkennen. Licht transportiert auch Informationen über ferne Himmelskörper, kleinste Lebewesen und Vorgänge in Atomen.

Zur Optik gehören die Ausbreitung von Licht, Reflexion und Brechung sowie Bilder an Spiegeln und Linsen. Sie untersucht auch Farben und Spektren, optische Geräte und das Auge, Beugung und Interferenz sowie die Aufnahme und Abgabe von Licht durch Materie. Eine Wellenlänge ist der Abstand von einem Wellenberg zum nächsten. Sichtbares Licht hat ungefähr Wellenlängen von 380 bis 780 Nanometern. Ein Nanometer ist ein milliardstel Meter. Die Optik betrachtet auch angrenzende Bereiche elektromagnetischer Strahlung.

Physikalische Vorgänge im Auge gehören zur Optik. Wie das Gehirn einen Sinneseindruck verarbeitet, ist zusätzlich eine biologische und neurologische Frage.

Wähle ein Lichtmodell nach der Frage, die du beantworten möchtest. Die drei vereinfachten Modelle auf dieser Seite zeigen jeweils andere Eigenschaften des Lichts besonders gut.

Im Strahlenmodell stellst du Licht als geradlinige Strahlen dar. Es eignet sich für Lichtausbreitung, Schatten, Reflexion und Brechung sowie Strahlengänge an Spiegeln und Linsen.

Im Wellenmodell beschreibst du Licht als Welle. Beugung ist die seitliche Ausbreitung hinter kleinen Hindernissen oder engen Öffnungen. Interferenz ist die Überlagerung von Wellen, die sich dabei verstärken oder abschwächen können. Gerade Strahlen allein erklären das nicht.

Im Quantenmodell beschreibst du Licht als einzelne Portionen, die Photonen heißen. Es erklärt die Emission von Licht aus Materie und die Absorption von Licht durch Materie. Auch für die Wirkungsweise eines Lasers brauchst du dieses Modell.

Das Strahlenmodell ist nützlich, wenn Hindernisse und optische Bauteile im Vergleich zur Lichtwellenlänge groß sind. Dann beschreiben gerade Strahlen den Lichtweg ausreichend genau.

Wenn die Größe eines Hindernisses oder einer Öffnung der Wellenlänge nahekommt, wird Beugung deutlich. Dafür brauchst du das Wellenmodell.

An Spiegeln, in der Lochkamera und an Linsen erklärt das Strahlenmodell Lichtwege und Bilder. Auge, Kamera und Fernglas nutzen Linsen zum Lenken des Lichts. Bei passendem Material und Einfallswinkel hält Totalreflexion Licht im Leiter.

Regenbogen und Spektren zeigen Farben durch die Aufteilung und Wechselwirkung von Licht. In der Mikroskopie und Astronomie bringt Licht Informationen von sehr kleinen oder weit entfernten Objekten. Beugung und Interferenz zeigen Welleneigenschaften; für Emission, Absorption und Laser ist das Quantenmodell wichtig.