Wie kann man sich einen Lichtstrahl vorstellen?

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6 Antworten

In der Strahlenoptik beschreibt man das Licht mit dem Modell „Lichtstrahl“. Wie jedes Modell beschreibt es eine wesentliche Eigenschaft des Lichtes. Das geometrische Gebilde „Strahl“ verkörpert in dieser Beziehung die geradlinige Ausbreitung des Lichtes und dessen Ausbreitungsrichtung. Damit können in der Strahlenoptik einzelne Phänomene des Lichtes einfach dargestellt werden, z.B. die Bildentstehung an Spiegeln und optischen Linsen.

Gruß, H.

Licht ist eine elektromagnetische welle, also ein sich periodisch abwechselndes elektrisches und magnetisches feld. Das licht kann unterschiedliche interaktionen aufweisen, bei welchen verschiedene charaktereigenschaften des lichts offenbart werden, so verhält sich licht zb an einem spalt als eine welle, mit beugung und interferenz, der compton effekt hingegen zeigt, dass licht auch als ein teilchen interagieren kann! Als strahl wird licht in der geometrischen optik dargestellt als eine vereinfachung, um einfache geometrische lösungen konstruieren zu können! Stell dir einfach vor, dass licht gleichzeitig welle und teilchen ist und erst durch die art der interaktion setzt sich einer der charakter durch! Licht als elektromagnetische welle hat eine wellenlänge, die wellenlänge ist die räumliche ausdehnung einer welle innerhalb einer periode, oder die strecke, die eine welle innerhalb der periodendauer zurücklegt, die wellenlänge von sichtbarem licht liegt im bereich von 380-780 nm. Die wellenlänge einer elektromagnetischen welle gibt auch aufschluss über die energie der welle, je kürzer die wellenlänge, desto energiereicher ist eine welle. Die wellenlänge gibt dir zudem aufschluss über die wahrgenommene farbe des lichts! Eine weitere art eine welle und ihre energie zu klassifizieren ist die frequenz, die frequenz ist der kehrwert der periodendauer und ist umgekehrt proportional zur wellenlänge, je kürzer die wellenlänge, desto höher die frequenz! Lg

Es ist ähnlich wie bei einer Amplitudenmodulation. Im Lichtstrahl sind ganz einfach alle Frequenzen simultan enthalten. Mischt man alle Farben der einzelnen Farbspektren, so erhält man weißes Licht. Die Photonen bewegen sich dabei frei und ungehindert entsprechend ihrer Frequenzverläufe. Prinzipiell sieht unser Auge also alle Farbspektren einzeln und überlagert bzw. mischt sie dann zum weißen Licht zusammen. Lichtbündel können sich auch gefahrlos kreuzen oder überlagern... 

Würden sich Photonen gegenseitig treffen bzw. kollidieren können, könnte man 2 Taschenlampen nehmen, sie aufeinander ausrichten, und die beiden Lichtstrahlen müssten sich dann gegenseitig neutralisieren... 

Danke erstmal. Wenn ein Lichtstrahl die Sonne verlässt bleiben die verschiedenen Wellenlänge konstant von Anfang bis Ende? Der Strahl ist durchweg "weiß" also müsste durchweg das richtige mischverhält vorhanden sein doch dafür müsste die photonen sich gegenseitig organisieren /interagieren oder? Z.b. 7 wasserutschen nebeneinander mit je einer Spektralfarben fließen runter, ab der Hälfte mischen sich diese zusammen zu weiß in eine Bahn. Ich kann mir nicht vorstellen das diese Bahn konstant rein weiß bleibt.. Weiß nicht ob dieser Vergleich anwendbar wäre

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„Rein weiß“ ist vor dem Hintergrund der Physik ein innerer Widerspruch.

„Weißes“ Licht ist ein Gemisch aus Photonen unterschiedlicher Energien und damit Frequenzen (jedes einzelne Photon ist eine Welle, die allerdings nur als Ganzes irgendwo aufgenommen oder abgegeben werden kann; die Vorstellung vom Photon als „klumpigem“ Teilchen ist falsch), und der weiße Farbeindruck entsteht dadurch, dass alle drei Zapfentypen angeregt werden, und zwar ungefähr gleich.

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@SlowPhil

Was weißes Licht ist, kannst du ohne ===> QED gar nicht verstehen; Besetzungszahl und Phase sind ===> kanonisch konjugiert genau wie Ort und Impuls bei der Heisenbergschen Unschärfebeziehung. In Interferenzversuchen wird ja auch klar, dass die ===> Kohärenzlänge von Sonnenlicht nur Bruchteile von mm beträgt.

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In Vakuum sollten die Wellenlängen konstant sein. Beim Eintritt in ein dichteres Medium wie unserer Atmosphäre wird Strahlung kleinerer Wellenlängen eher abgelenkt.  Deshalb sieht die Sonne im Zenit gelb aus und nahe dem Horizont rötlich. 

Licht ist eine konstante, sich allseitig ausbreitende Strahlung...wie SlowPhil schon richtig gesagt hat, interpretiert unser Hirn lediglich sensorisch die einzelnen Wellenlängen als unterschiedliche Farben. Strahlung einzelner Wellenlängen organisiert sich nicht, sondern ist allseits zeitkontinuierlich vorhanden.

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Du bringst verschiedene Modelle durcheinander

In dem, was wir Natur nennen gibt es keinen Lichtstrahl.

In der Physik bedienen sich die Menschen verschiedener Modelle, um das, was in der Natur vorkommt, irgendwie nachvollziehen zu können.

Lichtstrahlen sind etwas, dass es allein als eine Idee in der menschlichen Vorstellungskraft gibt. Anhand der Vorstellung, es gäbe so etwas wie Lichtstrahlen, versuchen Menschen über die geometrische Wirkungsweise von Licht Erkenntnisse zusammenzutragen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Geometrische_Optik

Wenn du wissen willst, wie Licht arbeitet, hilft dir das, was du im Internet oder in Fachbüchern zum Thema geometrische Optik findest, aber nur zum Teil weiter.

Die Lehre vom Licht, wie die Optik auch genannt wird, setzt sich aus drei Teilbereichen zusammen:

- geometrische Optik

- Wellenoptik und

- tatsächliche Wechselwirkung von Licht mit Oberflächen

Die Ursache für deine Verständnisschwierigkeiten liegt nach meiner Meinung darin, dass du diese drei Teilbereiche der Optik wild durcheinander würfelst. Du wirst mit dem Lernen besser vorankommen, wenn du jede einzelne, für dich neue Erkenntnis zum Thema Licht zunächst allein einer der drei verschiedenen Teilbereiche zuordnest!

https://de.wikipedia.org/wiki/Optik

Ich hatte das bisher so verstanden das die Modelle aus der Ansicht als Entfernung zu verstehen sind. Ganz nah als Teilchen, weiter weg als Welle und nochweiter als Strahl, jenachdem wie genau man hinsieht. Geometrische Optik hab ich mich noch garnicht informiert ist auf to Do list ;-)

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@elmotteck

Schau dir mal in Ruhe die beiden Internetseiten von Wikipedia an, die ich dir in meiner Antwort nannte. Die Erkenntnis, dass es neben dem Teilbereich der geometrischen Optik und der Wellenoptik noch einen dritten Teilbereich gibt, ist noch nicht so lange bekannt. Als ich vor vier Jahrzehnten Physikunterricht hatte, begnügte man sich noch mit zwei Teilbereichen.
Ich will nicht ausschließen, dass irgendwann noch weitere Teilbereiche hinzukommen (beispielsweise durch neue Erkenntnisse zu dem Phänomen, dass wir derzeit noch als "dunkle Materie" zu deuten versuchen). Aber alles zu seiner Zeit. Mache dich mit den Grundlagen vertraut, bevor du dich den einzelnen Unterthemen widmest!

https://de.wikipedia.org/wiki/Optik#Teilbereiche\_der\_Optik

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Geometrische Optik ist das mit dem Strahl. Der Strahl veranschaulicht die Richtung der Lichtausbreitung, er ist so etwas wie die Feldlinien, welche die Richtung eines elektrischen oder magnetischen Feldes veranschaulichen.

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@SlowPhil

 Slowphil; du hast es nicht verstanden. Der Strahl steht SENKRECHT auf der Feldrichtung ( Polarisation )

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@gilgamesch4711

Lieber gilgamesch, Du hast mich missverstanden. Ich habe nicht behauptet, der Lichtstrahl veranschauliche die Feldrichtung.

Er veranschaulicht, wie ich schrieb, die Richtung der Lichtausbreitung.

Natürlich habe ich mich missverständlich ausgedrückt: Der Lichtstrahl ist natürlich keine Feldlinie, er ist nur insofern etwas Ähnliches, als dass er etwas veranschaulicht, nicht darin, was er veranschaulicht.

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Alles sind Modellvorstellungen. Solange man damit physikalische Phänomene beschreiben kann, sind sie brauchbar, sollten aber trotzdem möglichst einfach sein. Greift das Modell nicht, muss zu einem kompliziertenen übergegangen werden. Aber auch das ist nicht "die Wirklichkeit"...

 ===> QED ist ja ein Fall für sich; bist du noch Schüler? Du müsstest dir mal den ===> Becker-Sauter besorgen

   " Teorie der Elektrizität " ; Band 1

   Dann müsstest du dir die vier ===> Maxwellgleichungen ( MG ) rein ziehen; übrigens auch hervor ragend erklärt in dem Skript von ===> Werner Martienssen .

   Aus den MG folgt nämlich eine Wellenlösung, die elektromagnetische Lichtteorie. Was man Schülern immer verschweigt: die Dreifingerregel der rechten Hand ( Brich dir aber nicht das Handgelenk )

   Daumen in Richtung des elektrischen E-Feldes

   Zeigefinger in Richtung des magnetischen B-Feldes

   Dann zeigt der Mittelfinger in Richtung des ===> Poyntingvektors S ( Energiestrom; Strahlungsdruck; Ausbreitungsrichtung der Welle. )

   Die EM Welle ist eine typische Querwelle ( ===> Transversalwelle; sie besitzt zwei ==> Polarisationen ) An dieser Stelle nun macht dich der Becker-Sauter mit einem sehr abstrakten, unanschaulichen Konzept vertraut, dem ===> Viererpotenzial ( Vektorpotenzial ) A ( Photonen sind Vektorbosonen. ) Weil wenn du mit diesem A arbeitest,  gerät die Herleitung der Wellenlösung viel einheitlicher.

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