Ausbreitung von Licht

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Schon im 17.Jahrhundert hat Galileo Galilei versucht die Lichtgeschwindigkeit zu messen, seine Versuche scheiterten jedoch. Der erste Wissenschaftler dem die Ermittlung der Lichtgeschwindigkeit gelangt ist Olaf Römer (1644-1710), mit Hilfe astronomischer Beobachtungen gelang es ihm einen Wert für die Lichtgeschwindigkeit zu berechnen. Aus seinen Beobachtungen ermittelte er eine Lichtgeschwindigkeit von 214000\(\frac{km}{s}\).
Die erste Messung der Lichtgeschwindigkeit auf der Erde gelang dem Physiker Hippolyte Fizeau (1819-1896), er ermittelte einen Wert von 313350\(\frac{km}{s}\).
Heute wissen wir das die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum 299792458\(\frac{m}{s}\) beträgt, das sind etwa 300000\(\frac{km}{s}\).

Licht breitet sich rasend schnell aus, doch wie genau erfolgt die Ausbreitung?

Wir erkennen meistens den Weg den das Licht nimmt nicht, manchmal aber wie zum Beispiel an einem nebligen Tag kann man Lichtstrahlen erkennen. Die Lichtstrahlen kommen zustande weil der Wasserdamf in der Luft das Licht streut (siehe unten). Das Licht breitet sich entlang der Lichtstrahlen aus.

Man erkennt also das sich Licht gradlinig ausbreitet.

Die Sonne strahlt ihr Licht in alle Richtungen aus, desswegen erfolgt die Ausbreitung der Sonnenstrahlen auch gradlinig in alle Richtungen.

Licht das aus der Sonne oder einer Glühbirne ausgeht, breitet sich in verschiedene Richtungen aus, man sagt das Licht divergiert.
Platziert man eine Lampe in einen Kasten mit lediglich einer großen Öffnung, dann tritt das Licht in einem breiten Bündel aus. Bei so einem breiten Lichtbündel spricht man auch von einem Lichtkegel.

Stellt man in einiger Entfernung eine Lochblende mit einer kleinen Öffnung auf, dann wird nur ein kleiner Teil des Lichtkegels durch gehen. Man hat hinter der Lochblende ein schmaleres Lichtbündel dessen Strahlen nahezu Parallel verlaufen. Je kleiner die Lochblende ist und desto weiter weg sie von der Lichtquelle aufgestellt wird, desto "paralleler" wird das durch gelassene Strahlenbündel.

Um nur einen einzigen Lichtstrahl durch eine Lochblende zu lassen, müsste die Öffnung der Blende unendlich klein sein, dann würde aber kein Licht mehr durch kommen. Lichtstrahlen existieren desswegen nur in unserer Modellvorstellung. Man spricht auch vom Lichtstrahl-Modell.

Das Modell der Lichtstrahlen dient nur unserem verständnis, mit diesem Modell lassen sich viel Phänomene erklären. Manche Lichterscheinungen lassen sich mit dem Lichtstrahlen-Modell nicht erklären, wesshalb man dann zu einem anderen Modell greifen muss. Weitere Modelle zur Beschreibung von Licht werden in den höheren Schulstufen behandelt.

Wie bereits im ersten Abschnitt erwähnt sind die Lichtstrahlen die von einer Lichtquelle erzeugt werden nicht sichtbar. Das Licht muss erst durch beispielsweise kleine Partikel gestreut werden. Unter Streueung versteht man den Vorgang bei dem Lichtstrahlen auf eine raue Oberfläche treffen und dann in verschiedene Richtungen reflektriert werden.

Im folgenden Video sieht man wie Licht durch zwei Wassergläser geleitet wird. Anschließend wird Milch in eines der Gläser gemischt und der Lichtstrahl wird dort sichtbar. Das liegt daran, dass die Lichtstrahlen auf kleine Milchtröpfchen treffen und dann in alle Richtungen gestreut werden. Wenn einige der gestreuten Lichtstrahlen auf unser Auge treffen, dann scheint es so als würden die Milchtrofen leuchten. Dadurch wird der Lichtstrahl für uns sichtbar.

Sind also keine Objekte vorhanden, die das Licht reflektieren dann sieht man kein Licht. Kein Körper reflektiert das gesammte Licht das auf ihn trifft. Ein Teil des Lichtes wird von jedem Körper absorbiert. Je mehr Licht von einem Körper absorbiert wird, desto dunkler erscheint er. Schwarze Objekte absorbieren also einen großteil der Strahlung das auf sie fällt während weiße Objekte den Großteil des Lichtes reflektieren.