Physik für Medieninformatiker (Fach) / Fragenkatalog (Lektion)

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• Erläutern Sie den Begriff „Superposition von Schwingungen“! Superposition = Überlagerung, Schwingungen gleicher Richtung und Frequenz überlagern sich, es entstehen harmonische Schwingungen, Amplitude hangt von der Phasenlage derEinzelschwingungen ab.
• In welchem Wellenlängenintervall des elektromagnetischen Spektrums ist das sichtbare Licht definiert? 380 nm - 780 nm
• Was sind die Voraussetzungen für die Entstehung und Ausbreitung einer Welle? Charakterisieren Sie die Ihnen bekannten Wellentypen, erläutern Sie die Entstehung einer harmonischen Welle anhand einer graphischen Darstellung und nennen Sie für jeden Wellentyp ein Beispiel! Entstehen durch Wechselwirkung von schwingungsfähigen Systemen in einem Medium.Ausbreitung erfolgt durch Teilchenbewegungen im ein-, zwei- und dreidimensionalen Raum.Wellentypen sind: Zylinderwellen (Stein ins Wasser), Kugelwellen (Licht) und ebene Wellen(Strömung am Strand)Harmonische Welle: Sinusförmige Wellenfunktion
• Was sind Transversal- und Longitudinalwellen? Transversalwellen: Schwingen senkrecht zur AusbreitungsrichtungLongitudinalwellen: Schwingen in Ausbreitungsrichtung
• Wie entsteht eine stehende Welle? Nennen Sie drei Beispiele stehender Wellen. Eine stehende Welle entsteht, wenn sich zwei gegenläufige, fortschreitende Wellen gleicherFrequenz und Amplitude überlagern. Beispiele: Seilwelle, Saiten an Musikinstrumenten, Schallwellen
• Wie ist die Wellenfunktion und Wellengleichung einer ebenen Welle definiert? Wellenfunktion: ψ(r,t) = A0 · cos(ωt - kr)Wellengleichung: k2 = ω2/v2
• Wie groß ist die Phasengeschwindigkeit einer gespannten Saite? √(F/(A · p)) (F = Spannkraft, A = Saitenquerschnitt, p = adiabitsche Kompressibilitat einesGases bei Druck (?!))
• In einem Gefäß befindet sich ein klarer Glaskörper. Man bedeckt ihn mit einer farblosen Flüssigkeit und mischt dann so viel von einer anderen farblosen Flüssigkeit hinzu, bis der untergetauchte Körper nicht mehr zu sehen ist. Was besteht dann für eine Beziehung zwischen dem Brechungsindex des Glaskörpers und dem des Flüssigkeitsgemisches? Die Brechzahl ist gleich.
• Was versteht man unter dem Grenzwinkel der Totalreflexion? Der Winkel, ab dem Licht, das vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium übergeht,vollständig an der Grenzflache reflektiert wird.
• Wo wird mehr von der einfallenden elektromagnetischen Energie reflektiert (d. h. wo ist die Reflexion größer) an einem guten Metallspiegel oder bei der Totalreflexion an einer polierten Grenzfläche Glas-Luft? Bei der Totalreflexion, da der Spiegel einen kleinen Teil der Lichtenergie absobiert.
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• Was versteht man unter „Dispersion“? Abhängigkeit einer physikalischen Größe von der Frequenz einer Welle. In der Optik: Von Frequenz des Lichts abhängende Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts in Medien → Lichtbrechung am Prisma
• Sind Interferenz und Beugung des Lichts voneinander unabhängige Erscheinungen? Welches Gesetzt verbindet beide? ??
• Wie ist die Brechzahl definiert? Dimensionslose Größe, die das Verhältnis der Vakuumlichtgeschwindigkeit c0 zurAusbreitungsgeschwindigkeit in einem Medium cM angibt: n = c0/cM
• Schreiben Sie vier Formen der potentiellen Energie auf. Chemische, nukleare, gravitationelle und mechanische Energie.
• Wie lauten die zwei Formen der kinetischen Energie der Bewegung? Translations- und Rotationsenergie
• Zählen Sie die Grundkräfte auf! Gravitationskraft, elektromagnetische Kraft, starke Kernkraft, schwache Kernkraft
• Wie lautet die Coulomb Kraft? F = (1/(4π · ε0)) · ((q1 · q2)/r2)q1,q2: Kugelsymmetrisch verteilte Ladungsmengenr: Abstand zwischen Mittelpunkten von q1 zu q2ε0: elektrische Feldkonstante - 8,854 · 10-12 (As/(V · m))
• Welche der Grundkräfte sind für unser Alltag entscheidend? Begründen Sie dies. Gravitationskraft: Kraft, die uns auf der Erde halt.Elektromagnetische Kraft: Licht, notwendig zum Sehen, Warme als LebensgrundlageStarke Kernkraft: Kraft, die Moleküle zusammenhält und so auch alles auf der Welt
• Beschreiben Sie die Eigenschaften elektromagnetsicher Strahlung im Wellenbild. Sind unabhängig von Wellenlänge: Reflexion, Brechung, Beugung, Interferenz
• Beschreiben Sie die Eigenschaften elektromagnetsicher Strahlung im Teilchenbild. Besitzen gleichzeitig die Eigenschaften von Wellen und Teilchen (Wellen-Teilchen-Dualismus). Licht wirkt in Wechselwirkung mit Atomen und Molekülen in einzelnen, unteilbaren Energiequanten (z.B. Photoeffekt).
• Was ist polychromatische Strahlung? Elektromagnetische Strahlung aus Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen
• Was passiert allgemein, wenn elektromagnetische Strahlung in Form von Licht auf eine feste Oberfläche trifft? Ein Teil wird absorbiert, ein anderer Teil wird reflektiert.
• Sie schauen in einen Spiegel: Das Bild, das Sie von sich sehen ist aufrecht und verkleinert. Was für ein Spiegel ist das? Erklären Sie das anhand einer Skizze. Konvexer Spiegel.
• Was besagt das Reflexionsgesetz? Wird Licht an einer Flache reflektiert, ist der Einfallswinkel gleich dem Ausfallswinkel: α = α'Einfallender Strahl, Einfallslot und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene.
• Was ist diffuse Reflexion? Auftreffendes Licht auf eine raue Oberflache wird reflektiert, allerdings in viele Richtungen gestreut, sodass kein Spiegelbild erkannt werden kann.
• Wie ist die Brennweite eines Hohlspiegels mit dem Radius r definiert? f = r/2
• Was ist ein virtuelles Bild? Wann entsteht dies bei einem konkaven Spiegel? Ein virtuelles Bild kann nicht auf einem Schirm abgebildet werden. Bei einem konkaven Spiegelentsteht es, wenn die Gegenstandsweite kleiner ist als Brennweite: g < f
• Was ist ein reelles Bild? Wann entsteht dies bei einem konvexen Spiegel? Ein reelles Bild kann auf einem Schirm abgebildet werden. Bei einem konvexen Spiegel entsteht es nie.
• Was besagt das Snellius’sche Brechungsgesetz? Beim Übergang vom optisch dichteren ins optisch dünnere Medium wird der Lichtsstrahl gebrochen.n1 · sin(α1) = n2 · sin(α2) n1, n2 = Brechzahl des dichteren bzw. dünneren Mediumsα1, α2 = Ein-/Ausfallswinkel des Lichtstrahls
• Was kennzeichnet der Grenzwinkel für Totalreflexion? Wird der Einfallswinkel α1 vergrößert, so verläuft der gebrochene Strahl ab einem bestimmten Punkt parallel zur Grenzflache → Grenzwinkel der Totalreflexion α0. Er lässt sich mit dem Snellius'schen Berechungsgesetzt berechnen.
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• Wann tritt der Grenzwinkel für Totalreflexion auf? sin(αGr) = 1/(n1 · n2) mit n1,n2 = sin(α)/sin(β)→ Der Sinus des gebrochenen Strahls muss 1 sein: sin(90°)
• Was beschreibt der Brechungsindex eines Mediums? Er gibt an, um welchen Faktor die Wellenlänge und Phasengeschwindigkeit des Lichts im Vakuum im Medium verringert sind.
• Welche Aufgabe hat ein Teleskop? Es sammelt elektromagnetische Wellen und bündelt sie, damit weit entfernte Objekte beobachtetwerden können.
• Was besagt die Aussage: „das Bild ist virtuell“? Das Bild kann nicht auf einem Schirm abgebildet werden.
• Was besagt die Aussage: „das Bild ist reell“? Das Bild kann auf einem Schirm abgebildet werden.
• Wo entsteht das Bild im Auge bei Nahsichtigkeit? Welche Linsenform wird verwendet um diese zu beheben? Das Bild entsteht bereits vor der Netzhaut. Eine Konkavlinse wird zur Behebung eingesetzt.
• Wo entsteht das Bild im Auge bei Fernsichtigkeit? Welche Linsenform wird verwendet um diese zu beheben? Das Bild entsteht hinter der Netzhaut. Eine Konvexlinse wird zur Behebung eingesetzt.
• Wie verläuft bei einer Sammellinse ein Parallelstrahl ausgehend von einem Gegenstandspunkt vor und nach der Sammellinse? Gegendstandsseite: Parallel zur optischen Achse. Bildseite: Durch den Brennpunkt der Bildseite.
• Wie verläuft bei einer Sammellinse ein Brennpunktstrahl ausgehend von einem Gegenstandspunkt vor und nach der Sammellinse? Gegenstandsseite: Durch den Brennpunkt der Gegendstandsseite. Bildseite: Parallel zur optischen Achse.
• Wie verläuft bei einer Zerstreuungslinse ein Parallelstrahl ausgehend von einem Gegenstandspunkt vor und nach der Zerstreuungslinse? Gegenstandsseite: Parallel zur optischen Achse. Bildseite: Rückwertig verlängert durch den Brennpunkt der Gegenstandsseite.
• Wie verläuft bei einer Zerstreuungslinse ein Brennpunktstrahl ausgehend von einem Gegenstandspunkt vor und nach der Zerstreuungslinse? Gegenstandsseite: In Richtung des Brennpunkts der Bildseite. Bildseite: Parallel zur optischen Achse.
• Welche Aufgabe hat die Eintrittspupille eines optischen Instrumentes? Reelle/Virtuelle Öffnung, die die in ein optisches System einfallenden Strahlenbündel begrenzt.
• Wie ist die Vergrößerung eines optischen Instrumentes definiert? Winkelvergrößerung V ist Quotient des Sehwinkels mit und ohne Instrument: Γ = ς/ς'
• Was ist die Aufgabe eines optischen Instrumentes? Die Vergrößerung/Verkleinerung eines Lichstrahlenbündels zur besseren optischen Wahrnehmung von Bildern.
• Worin unterscheidet sich ein Galilei Teleskop vom Keppler-Teleskop? Galilei Teleskop: Besteht aus einer Sammel- und einer Zerstreuungslinse. Keppler-Teleskop: Besteht aus zwei Sammellinsen.
• Wie verändert sich die Strahlleistung einer punktförmigen Lichtquelle mit größerwerdendem Abstand r, wenn der Raumwinkel Ω konstant ist? Strahlleistung / r2

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