Strahlenoptik
Strahlenoptik ist eine kostenlose interaktive Simulation aus dem StudyFi Lab. Sie läuft direkt im Browser, ohne Anmeldung und ohne Installation.
Linsen, Spiegel, Brechung und ein Prisma
Experimente
Sammellinse
Eine Sammellinse bricht achsenparallele Strahlen durch ihren Brennpunkt F′. Drei Hauptstrahlen liefern das Bild: Der Parallelstrahl geht durch F′, der Mittelpunktstrahl geht ungebrochen weiter, und der Brennpunktstrahl durch F verlässt die Linse parallel zur Achse. Es gilt die Linsengleichung 1/f = 1/g + 1/b und der Abbildungsmaßstab m = −b/g.
Probier das: Stelle den Gegenstand auf 2f — das Bild ist gleich groß und steht auf dem Kopf. Schiebe ihn dann innerhalb der Brennweite.
Zerstreuungslinse
Eine Zerstreuungslinse fächert die Strahlen auf, als kämen sie aus dem Brennpunkt F′ auf der Gegenstandsseite. Ihre rückwärtigen Verlängerungen (gestrichelt) schneiden sich dort, das Bild ist also immer virtuell, aufrecht und verkleinert. Die Brennweite ist negativ, und 1/f = 1/g + 1/b gilt weiterhin.
Probier das: Ziehe den Gegenstand weit weg und ganz nah an die Linse — das Bild bleibt zwischen Linse und F′ und dreht sich nie um.
Hohlspiegel
Ein Hohlspiegel wirft achsenparallele Strahlen durch seinen Brennpunkt F, der auf halbem Weg zum Krümmungsmittelpunkt liegt (f = r/2). Der Strahl zum Scheitel wird unter dem gleichen Winkel reflektiert, der Brennpunktstrahl kehrt parallel zur Achse zurück. Auch hier gilt 1/f = 1/g + 1/b; ein reelles Bild entsteht vor dem Spiegel.
Probier das: Bringe den Gegenstand zwischen F und Spiegel — du erhältst ein vergrößertes aufrechtes Bild hinter dem Spiegel, wie bei einem Kosmetikspiegel.
Wölbspiegel
Ein Wölbspiegel wirft die Strahlen auseinander, als kämen sie aus einem Brennpunkt hinter dem Spiegel. Ihre Verlängerungen schneiden sich dahinter, deshalb ist das Bild immer virtuell, aufrecht und verkleinert. Die Brennweite ist negativ, es gilt 1/f = 1/g + 1/b — darum hängen solche Spiegel an Kreuzungen und an Autos, wo sie einen weiten Blick bieten.
Probier das: Verkürze die Brennweite (ein stärker gewölbter Spiegel) — das Bild wird kleiner, und mehr von der Umgebung passt hinein.
Brechung und Totalreflexion
An der Grenze zweier Medien wird ein Strahl teils reflektiert und teils nach dem Brechungsgesetz von Snellius gebrochen: n₁ · sin θ₁ = n₂ · sin θ₂. Ins optisch dichtere Medium wird er zum Lot hin gebrochen, ins dünnere vom Lot weg. Geht das Licht ins dünnere Medium und ist der Einfallswinkel größer als der Grenzwinkel θc = arcsin(n₂/n₁), verschwindet der gebrochene Strahl: Totalreflexion.
Probier das: Stelle oben Wasser und unten Luft ein und vergrößere den Winkel — ab 48,8° wird das gesamte Licht zurückgeworfen.
Dispersion im Prisma
Die Brechzahl von Glas hängt von der Wellenlänge ab: Nach der Cauchy-Formel n(λ) = A + B/λ² ist sie für violettes Licht größer als für rotes. Ein Prisma bricht deshalb jede Farbe unterschiedlich stark, und weißes Licht fächert sich zu einem Spektrum auf. Die Ablenkung δ = θ₁ + θ₂ − γ ist für Violett am größten.
Probier das: Drehe das Prisma und suche die kleinste Ablenkung — dann läuft der Strahl im Glas parallel zur Grundseite.
Häufige Fragen
Was ist Strahlenoptik?
Strahlenoptik ist eine kostenlose interaktive Simulation aus dem StudyFi Lab. Sie läuft direkt im Browser, ohne Anmeldung und ohne Installation. Linsen, Spiegel, Brechung und ein Prisma
Ist Strahlenoptik kostenlos?
Ja. Strahlenoptik ist komplett kostenlos. Es läuft im Browser auf Computer, Tablet und Handy, und du brauchst kein Konto.
Was kann ich in Strahlenoptik entdecken?
Sammellinse, Zerstreuungslinse, Hohlspiegel, Wölbspiegel, Brechung und Totalreflexion, Dispersion im Prisma.
Was zeigt das Experiment „Sammellinse“?
Eine Sammellinse bricht achsenparallele Strahlen durch ihren Brennpunkt F′. Drei Hauptstrahlen liefern das Bild: Der Parallelstrahl geht durch F′, der Mittelpunktstrahl geht ungebrochen weiter, und der Brennpunktstrahl durch F verlässt die Linse parallel zur Achse. Es gilt die Linsengleichung 1/f = 1/g + 1/b und der Abbildungsmaßstab m = −b/g.
Was zeigt das Experiment „Zerstreuungslinse“?
Eine Zerstreuungslinse fächert die Strahlen auf, als kämen sie aus dem Brennpunkt F′ auf der Gegenstandsseite. Ihre rückwärtigen Verlängerungen (gestrichelt) schneiden sich dort, das Bild ist also immer virtuell, aufrecht und verkleinert. Die Brennweite ist negativ, und 1/f = 1/g + 1/b gilt weiterhin.
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