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Prof. Dr. Axel Goerlitz, WS 2010/11, HHU Duesseldorf Vorlesung: <strong>Optik</strong> I, inoffizielle Mitschrift by: Christian Franzen, Matr. 1956616 Inhaltsverzeichnis 3.9.2 Schwebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 3.10 Gekoppelte Schwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4 Wellen 48 4.1 Mathematische Beschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.2 Geschwindigkeit einer Welle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.3 Geschwindigkeit einer Seilwelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.4 Wellengleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4.5 Energie und Leistung einer Welle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 4.6 Superposition von Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.6.1 Interferenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 4.6.2 Stehende Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 4.7 Wellen in 1,2 und 3 Dimensionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 4.8 Doppler-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.9 Das Huygens’sche Prinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 5 Elektromagnetische Welle 60 5.1 Wellengleichung für elektromagnetische Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.2 Energietransport und Poynting-Vektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 5.3 Erzeugung elektromagnetischer Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 5.4 Überblick über das elektromagnetische Spektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 5.5 Licht als Teilchen - der Fotoeffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 5.6 Strahlungsdruck / Strahlungsdruckkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5.7 Interferenz elektromagnetischer Wellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5.7.1 Der Young’sche Doppelspalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5.7.2 Interferenz an dünnen Schichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 5.7.3 Newton’sche Ringe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 5.7.4 Versuch: Reflexion und Transmission von Weißlicht an Seifenblasenhaut . . . . 69 5.7.5 Interferometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 5.8 Beugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.8.1 Beugung am Einfachspalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.8.2 Beugung an Kreisförmiger Öffnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.8.3 Beugung am Doppelspalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 5.8.4 Beugungsgitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 5.9 Polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.9.1 Lineare und zirkulare Polarisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 5.9.2 Erzeugung von polarisiertem Licht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Seite 2
Prof. Dr. Axel Goerlitz, WS 2010/11, HHU Duesseldorf Vorlesung: <strong>Optik</strong> I, inoffizielle Mitschrift by: Christian Franzen, Matr. 1956616 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis 1 Funktion der elektromagnetischen Welle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2 Reflexion: Einfallswinkel = Ausfallswinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 3 Reflexion und Streuung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4 Konvexe und konkave Spiegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 5 Bildkonstruktion mit Hilfe von Hauptstrahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 6 Brechungswinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 7 Phärischer und Parabolspiegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 8 Brechung an planparalleler Platte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 9 Brechung am Prisma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 10 Propagation in Medium mit variierendem Brechungsindex . . . . . . . . . . . . . . . . 14 11 Übergang von optisch dickem zu optisch dünnem Medium . . . . . . . . . . . . . . . . 15 12 optische Faser (Glasfaser) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 13 Prisma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 14 Minimalauflösbarer Winkel am Prisma - Versuch mit Blende und Quecksilberlampe . . 18 15 Totalablenkung am Prisma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 16 Linsenbrechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 17 Sammellinsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 18 Zerstreulinsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 19 Meniskuslinsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 20 Brennweitenbestimmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 21 Luftlinse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 22 Beselverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 23 Besselverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 24 Besselverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 25 Kombination 2 dünner Linsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 26 Brennpunkt und Brechungsindices am Auge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 27 minimaler Sehwinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 28 Ziliarmuskel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 29 Zweilinsensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 30 Kepler’sches Teleskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 31 Maximal beobachtbarer Winkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 32 Funktion einer Feldlinse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 33 Auflösungsvermögen des Telekopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 34 Bildumkehr mit Zwischenlinse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 35 Galilei oder Holländisches Fernrohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 36 Spiegelteleskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 37 Mikroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 38 Auflösungsvermögen Mikroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 39 Dreiecksschwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 40 Kreisförmige Bewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 41 Schwingfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 42 aperiodischer Grenzfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 43 Kriechfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 44 Erzwungene Schwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 45 Kreisbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 46 Ellipse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 47 Orthogonale Schwingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 48 gekoppelte Schwingung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 49 Normalschwingung in Phase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Seite 3
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