Check-up-Lösungen: Licht und optische Wahrnehmung – Cornelsen

Aufgabe 1

Damit wir etwas sehen können, benötigen wir Licht. Genauer gesagt, können wir nur Dinge sehen, wenn Licht von ihnen in unsere Augen gelangt. Die meisten Körper senden jedoch selbst kein Licht aus. Wir können sie nur sehen, wenn das Licht selbstleuchtender Körper auf sie trifft und von dort in unsere Augen gelangt.

Beispiele:

In einem absolut abgedunkelten Raum können wir die Möbel nicht sehen.
Nachts ist wenig Licht vorhanden. Deswegen können wir Menschen keine Farben erkennen. Wir können nur Grautöne wahrnehmen.

Aufgabe 2

Körper kann man bei geringer Beleuchtung besser erkennen, wenn man …

den Gegenstand besser/intensiver beleuchtet.
den Körper mit einer hellen, gut reflektierenden Oberfläche versieht.
näher an die Körper herangeht.

Aufgabe 3

Aufgabe 4

Schatten sind grau oder schwarz und oft nicht scharf begrenzt. Man kann die Gegenstände und Personen nicht eindeutig erkennen. In Märchen tauchen oft nur die Schatten der Personen auf und diesen Schatten umgibt etwas Düsteres und Geheimnisvolles.

Aufgabe 5

Aufgabe 6

Durch die Nutzung vieler Einzellampen wird das Stadion gleichmäßig ausgeleuchtet, sodass keine Schatten entstehen.

Aufgabe 7

a) Mondfinsternis: Sonne, Erde und Mond stehen in einer Reihe. Gelangt der Mond in den Kernschatten der Erde, dann wird er nicht von der Sonne beleuchtet und es ist eine Mondfinsternis zu beobachten. Da die Mondbahn gegenüber der Erdbahn etwas geneigt ist, haben wir nicht jeden Monat eine Mondfinsternis. Mondfinsternisse entstehen bei Vollmond.

b) Sonnenfinsternis: Sonne, Mond und Erde stehen in einer Reihe. Gelangt der Mond genau zwischen Sonne und Erde, entsteht hinter dem Mond ein Kernschatten. Die Menschen, die sich im Kernschatten befinden, können eine Sonnenfinsternis beobachten. Sonnenfinsternisse entstehen bei Neumond.

Aufgabe 8

Aufgabe 9

Kosmetikspiegel sind Hohlspiegel. Sie vergrößern den abgebildeten Körper. Der ebene Spiegel an der Wand vergrößert hingegen nicht.

Durch die Vergrößerung des Kosmetikspiegels kann man spezielle Teile des Gesichts besser erkennen.

Aufgabe 10

Aufgabe 11

Pierres Beobachtung lässt sich mithilfe der Lichtbrechung erklären, die auftritt, wenn Licht von einem Medium in ein anderes übergeht – in diesem Fall von Wasser in Luft. Die Lichtbündel, die von Pierres Beinen ausgehen, werden an der Wasseroberfläche gebrochen. Dabei tritt eine Richtungsänderung des Lichts auf, da Wasser optisch dichter ist als Luft. Das gebrochene Licht wird von Pierres Augen so interpretiert, als käme es aus einer geraden Linie. Dadurch erscheinen seine Beine kürzer, als sie tatsächlich sind.

Aufgabe 12

a) Wasser in Luft: Der Lichtstrahl wird vom Lot weg gebrochen.

b) Luft in Wasser: Der Lichtstrahl wird zum Lot hin gebrochen.

Aufgabe 13

Vorteile:

Eine Lochkamera benötigt nur eine lichtdichte Box mit einem kleinen Loch, keine komplizierten optischen Bauteile.
Da es keine Linse gibt, sind alle Objekte unabhängig von ihrer Entfernung scharf abgebildet.
Die Bilder haben eine gleichmäßige Schärfe und oft eine angenehme, künstlerische Ästhetik.

Nachteile:

Das Loch lässt nur wenig Licht durch, wodurch die Belichtungszeit lang ist. Das macht die Aufnahme von bewegten Motiven schwierig.
Durch das kleine Loch gelangt nur wenig Licht in die Kamera, was Aufnahmen bei schlechten Lichtverhältnissen erschwert.
Trotz gleichmäßiger Schärfe bleibt die Bildschärfe begrenzt, da das Loch keine Lichtbündelung wie bei einer Linse ermöglicht

Aufgabe 14

Benennung:

a: Parallelstrahl

b: Mittelpunktstrahl

c: Brennpunktstrahl

Aufgabe 15

Aufgabe 16

a) Mithilfe der Linsengleichung lässt sich zeigen, dass die Brennweite ebenfalls etwa 22 mm beträgt:

\(\frac{1}{f} = \frac{1}{g} + \frac{1}{b} \)

Da in der Ferne für die Gegenstandsweite \(g \rightarrow \infty \) gilt, geht \(\frac{1}{g} \rightarrow 0\). Daraus folgt:

\(\frac{1}{f} \approx \frac{1}{b} \Rightarrow f \approx b\)

b) Gegeben:

Bildweite \(b = 22 \, \text{mm} \)

Gegenstandsweite \(g = 10 \, \text{cm} = 100 \, \text{mm} \)

Gesucht:

Brennweite \(f \)

Berechnung:

\(\frac{1}{f} = \frac{1}{g} + \frac{1}{b} \Rightarrow f = \frac{g \cdot b}{b + g}\)

\(f = \frac{100 \, \text{mm} \cdot 22 \, \text{mm}}{22 \, \text{mm} + 100 \, \text{mm}} = 18 \, \text{mm} \)

Ergebnis:

Das Auge hat eine Brennweite von \(18 \, \text{mm} \).

c) Bei einem Nahpunkt von \(50 \, \text{mm} \) ergibt sich eine Brennweite von \(f = \frac{500 \, \text{mm} \cdot 22 \, \text{mm}}{22 \, \text{mm} + 500 \, \text{mm}} = 21 \, \text{mm} \).

Aufgabe 17

Optische Instrumente sind Geräte, die mithilfe von Licht Bilder erzeugen. Es gibt u. a.

Lupen und Mikroskope, die kleine Objekte vergrößern, indem sie den Sehwinkel vergrößern.
Fernrohre zur Beobachtung weit entfernter Objekte, z. B. in der Astronomie.
Fotoapparate zur Aufnahme und Speicherung von Bildern und Filmen.
Projektoren, die Bilder auf einer Leinwand vergrößert darstellen.

Alle optischen Instrumente nutzen die Brechung und/oder Reflexion von Licht, um Bilder zu erzeugen und zu vergrößern. Das geschieht vorwiegend mithilfe von Linsen.

Aufgabe 18

Richtet man das Licht der Lichtquelle auf ein Prisma, wird das Licht beim Durchgang durch das Prisma gebrochen. Handelt es sich beim ausgesandten Licht um eine Mischfarbe, dann werden die unterschiedlichen Farben unterschiedlich stark gebrochen. Es entsteht hinter dem Prisma ein Spektrum (Dispersion).

Ist das ausgesandte Licht eine Spektralfarbe, dann sieht man auch hinter dem Prisma nur eine einzige Farbe.

Aufgabe 19

Natürliche Lichtquelle	Künstliche Lichtquelle
Sonne (heiße Lichtquelle)	Kerze (heiße Lichtquelle)
Blitz (heiße Lichtquelle)	Glühlampe (heiße Lichtquelle)
Glühwürmchen (kalte Lichtquelle)	LED (kalte Lichtquelle)

Aufgabe 20

Mit der Zeit kann weiße Wäsche durch Alterung oder Rückstände einen gelblichen Stich bekommen. Ursache dafür ist, dass ein größerer Blauanteil aus dem Spektrum des weißen Lichts absorbiert wird. Der zugesetzte blaue Farbstoff (die Komplementärfarbe zu Gelb) absorbiert hingegen gelbes Licht und reflektiert blaues Licht. Im Mittel erscheint das reflektierte Licht durch die additive Farbmischung aus Gelb und Blau für das menschliche Auge wieder weiß.