Physik

• Brechung


  Wellen brechen bei Übergang von Medium in anderes. Grund: unterschiedliche Ausbreitungsgeschwindigkeiten in verschiedenen Medien.
• Brechungsgesetz von Snellius


  Bei Übergang optisch dichtere ins optisch dünnere Medium → Welle vom Lot gebrochen.
• Brechung an parallelen Schichten


  Geht Welle durch parallele Schicht (eines anderen Mediums), Welle durch zweimalige Brechung danach parallel verschoben.
• Totalreflexion


  Tritt Lichtstrahl von optisch dichteren in optisch dünneres Medium, wird er von Senkrechten weggebrochen. Brechungswinkel > Einfallswinkel. Erhöht man Einfallswinkel, erhöht Brechungswinkel bis 90o. Ab Einfallswinkel keine Brechung mehr. => Reflexion
• Totalreflexion


  • Diamanten: Optisch dicht. Übergang Diamant → Luft (Grenzwinkel 24o klein). Licht oft total reflektiert & tritt entgegen Einfallsrichtung aus Diamanten aus.
  • Lichtwellenleiter: Lichtsignal verlässt Kabel nicht, wenn Licht auf Glasfaserrand → Signal total reflektiert, tritt nicht aus Faser aus.
• Dopplereffekt


  Zeitliche Stauchung/Dehnung einer Welle durch Veränderung Abstand zwischen Sender & Empfänger. Unterscheidet, ob sich Quelle/Beobachter bewegt.
• Dopplereffekt (Quelle bewegt sich mit v<<c, Beobachter ruht)

  1. t = 0 → in A entsteht Wellenberg

  2. t = T → B

  3. t = 2T → C

  4. t = 3T → D
• Dopplereffekt (Quelle bewegt sich mit v=c, Beobachter ruht)


  1. Quelle auf Beobachter zu (=0, f=∞)

  2. Wellenflächen nahe beisammen, Frequenz hoch. Erreger bewegt sich mit 1. Wellenfront (dort sendet weitere Wellen aus, vereinen sich mit erster). Durch Wellen erzeugte Druckstörungen addieren sich, kommt zu Zerstörung des Erregers durch Resonanzkatastrophe.
• Dopplereffekt (Quelle bewegt sich mit v>c, Beobachter ruht)

  1. Machkegel bildet sich. Mach'scher Winkel = halber Öffnungswinkel des Kegels. Ma = v/c

  2. Auf Mantel Machschen Kegels summieren sich Druckstörungen (bei Überschallflug), also Luftverdichtungen, so dass großer Überdruck herrscht. Jeder von Kegel gestreifte Stelle, kurzfristiger Druckunterschied als Knall zu hören.
• Anwendung Dopplereffekt


  • Radar: Annäherungsgeschwindigkeit eines Objekts aus gemessenes Frequenzänderung zwischen gesendetem/zurückgeworfenen Signal.
  • Medizin: Medizintechnik akustischer bei Ultraschalluntersuchungen, um Geschwindigkeit Blutstroms darzustellen/messen.
• Interferenz von Wellen


  Wie bei Interferenz von Schwingungen. Wenn 2/mehrere Wellen einander überlagern (addieren).
• Superpositionsprinzip


  Treffen mehrere Wellen aufeinander, durchdringen sie sich & überlagern zu resultierender Welle.
• Kohärenz


  Kohärent = Wellen, die zur Interferenz fähig sind (liefern stabiles Interferenzbild). Haben feste Phasenbeziehung. 1) Räumliche Kohärenz (Betrachtung von ) 2) Zeitliche Kohärenz (Betrachtung von T)
• Gangunterschied


  Wegdifferenz (unterschied) zweier/mehrerer zusammenhängender überlagernder Wellen. Gangunterschied bestimmt Phasenbeziehung zwischen interferierenden Wellen & ob sich diese verstärken/abschwächen.
• Konstruktive Interferenz


  Zwei interferierende Wellen maximal verstärkt, wenn genau ein Wellenberg auf Wellental (& andersrum). Wellen dann phasengleich. Maximale Verstärkung, wenn Gangunterschied zwischen interferierende Wellen Null oder ganzzahliges Vielfache der Wellenlänge beträgt.
• Destruktive Interferenz


  Zwei interferierende Wellen löschen einander maximal aus, wenn genau ein Wellenberg auf Wellental trifft. ½ Wellenlänge phasenverschoben. Komplette Auslöschung, wenn Amplituden gleich groß. Auslöschung, wenn Gangunterschied zwischen interferierenden Wellen ungeradzahliges Vielfache der halben Wellenlänge.
• Satz von Huygens


  Jeder Punkt (von Wellenfront getroffen) eines Mediums, kann als Ausgangspunkt Elementarwelle angesehen werden. Wellenfront lässt sich als Einhüllende der Elementarwelle auffassen. Tatsächliche Welle ist Interferenz aller Elementarwellen.
• Beugung


  Eindringen von Wellen in geometrischen Schattenraum. Dabei Richtungsänderung von Wellen, die nicht durch Reflexion/Brechung bedingt sind. Beugung umso größer, je mehr Abmessungen des Objekts der Wellenlänge.
• Wellenlänge von sichtbarem Licht: 380nm (violett) 780nm (rot)
• Wellenlänge von Schall: 17mm (hoher Ton) 21mm (tiefer Ton)
• Beugung am Einzelspalt


  Wenn Licht auf Spalt/Loch trifft, entsteht durch Beugung/Interferenz ein Muster aus hellen& dunklen Bereichen. Muster hängt von Wellenlänge & Größe des Spalts/Loches ab.