Physics-Lektionen

9 Lektionen

Brechung im Prisma, Dispersion des Lichts und der Regenbogen – Ein Glasprisma lenkt Licht zweimal ab, beide Male zur Basis hin. Die gesamte Drehung heißt Ablenkwinkel. Jede Farbe im weißen Licht wird ein bisschen anders gebrochen (Violett am stärksten, Rot am schwächsten). Darum fächert ein Prisma weißes Licht zu einem Spektrum auf, VIBGYOR (Violett bis Rot). Ein zweites, umgedrehtes Prisma fügt die Farben wieder zu Weiß zusammen. Regentropfen wirken wie winzige Prismen mit einem Spiegel dahinter, und so entsteht der Regenbogen.
Das menschliche Auge: Aufbau, Akkommodation und Sehfehler – Das Auge ist eine Kamera aus lebendigen Teilen. Hornhaut und Augenlinse brechen das Licht und erzeugen auf der Netzhaut ein reelles, umgekehrtes Bild. Die Ziliarmuskeln verändern die Dicke der Linse, damit Fernes und Nahes scharf erscheinen (Akkommodation). Ist der Augapfel zu lang oder zu kurz oder wird die Linse steif, verfehlt das Bild die Netzhaut; die passende Brillenlinse bringt es zurück.
Das Ohmsche Gesetz – Bei gleichbleibender Temperatur ist die Stromstärke in einem Leiter direkt proportional zur Spannung an ihm: V = I × R. R ist der Widerstand, gemessen in Ohm (Ω); 1 Ω = 1 V/1 A. Das V-I-Diagramm eines ohmschen Leiters ist eine Gerade durch den Ursprung.
Die magnetische Wirkung des elektrischen Stroms – Ein Draht, durch den Strom fließt, erzeugt um sich herum ein Magnetfeld. Bei einem geraden Draht bilden die Feldlinien Kreise, in der Mitte einer Leiterschleife verlaufen sie fast gerade, und im Inneren einer Spule ist das Feld gleichmäßig. Dann wirkt die Spule wie ein Stabmagnet.
Elektrischer Strom, Spannung und Stromkreise – Die Stromstärke sagt, wie viel Ladung pro Sekunde fließt: I = Q/t, gemessen in Ampere mit einem Amperemeter, das in Reihe geschaltet wird. Die Spannung ist die Arbeit, die nötig ist, um eine Ladungseinheit zwischen zwei Punkten zu bewegen: V = W/Q, gemessen in Volt mit einem Voltmeter, das parallel geschaltet wird. Ladung fließt nur in einem geschlossenen Stromkreis.
Kugellinsen: Bilder, Linsengleichung und Brechkraft – Eine Sammellinse (konvex) ist in der Mitte dick und lenkt parallele Lichtstrahlen so ab, dass sie sich im Brennpunkt treffen. Eine Zerstreuungslinse (konkav) ist in der Mitte dünn und spreizt das Licht auf, als käme es aus ihrem Brennpunkt. Mit zwei einfachen Strahlen (einer parallel zur Achse, einer durch den optischen Mittelpunkt) findest du das Bild für jede Gegenstandsposition. Eine Sammellinse erzeugt reelle, umgekehrte Bilder, wenn der Gegenstand hinter F₁ steht, und ein virtuelles, aufrechtes, vergrößertes Bild, wenn er innerhalb von F₁ steht. Eine Zerstreuungslinse erzeugt immer ein virtuelles, aufrechtes, verkleinertes Bild. Mit der Linsengleichung 1/v − 1/u = 1/f, der Vergrößerung m = v/u und der Brechkraft P = 1/f (f in Metern, Einheit Dioptrie) kannst du Linsenaufgaben lösen.
Lichtbrechung: Gesetze, Brechzahl und der Glasblock – Wenn Licht von einem durchsichtigen Stoff in einen anderen übergeht, ändert es seine Geschwindigkeit und knickt deshalb an der Grenzfläche ab (außer es trifft genau entlang des Lots). Beim Übergang in ein optisch dichteres Medium wird es langsamer und wird zum Lot hin gebrochen; beim Austritt wird es schneller und vom Lot weg gebrochen. Für zwei Stoffe bleibt sin i / sin r immer gleich (Brechungsgesetz von Snell). Diese Konstante ist die Brechzahl, und sie ist auch das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeiten, n = c/v. In einem rechteckigen Glasblock verläuft der austretende Strahl parallel zum einfallenden, ist aber seitlich versetzt (Parallelverschiebung).
Reflexion des Lichts: Planspiegel und gewölbte Spiegel – Licht prallt von einer glatten, glänzenden Fläche so ab, dass der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist. Ein Planspiegel zeigt ein virtuelles, aufrechtes, gleich großes Bild, das so weit hinter dem Spiegel liegt, wie der Gegenstand davor steht. Ein Hohlspiegel (konkav) kann je nach Gegenstandsort reelle oder virtuelle Bilder erzeugen; ein Wölbspiegel (konvex) zeigt immer ein virtuelles, aufrechtes, verkleinertes Bild. Mit der Spiegelformel 1/v + 1/u = 1/f und der Vergrößerung m = −v/u (mit dem New-Cartesian-Vorzeichenschema) findest du das Bild auch ohne Zeichnung.
Widerstände in Reihen- und Parallelschaltung – In der Reihenschaltung bilden die Widerstände einen einzigen Weg: Durch jeden fließt derselbe Strom, die Spannungen addieren sich und R_s = R₁ + R₂ + R₃. In der Parallelschaltung hat jeder Widerstand seinen eigenen Zweig: An jedem liegt dieselbe Spannung an, die Ströme addieren sich und 1/R_p = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃. Deshalb ist R_p kleiner als der kleinste Widerstand.