Die Welt der Physik und der Fotografie wird von einem Phänomen des Lichts beeinflusst, das als Beugung bekannt ist . Viele professionelle Kameraobjektive sind auf exzellente Schärfe ausgelegt. Doch selbst bei höchster Qualität können sie sich diesem Phänomen nicht entziehen.
In diesem Artikel werden wir Ihnen sagen, was die Beugung von Licht ist und welche Eigenschaften und Bedeutung es hat.
Was ist Lichtbeugung?
Wenn Lichtwellen durch kleine Öffnungen und um Hindernisse oder scharfe Kanten herumtreten, tritt ein Phänomen namens Lichtbeugung auf. Befindet sich ein undurchsichtiger Gegenstand zwischen einer Punktlichtquelle und einem Schirm, ist die Grenze zwischen den beschatteten und beleuchteten Bereichen auf dem Schirm nicht klar definiert. Man kann beobachten, wie geringe Lichtmengen von einigen der beschatteten und beleuchteten Bereiche gebrochen und zu den dunkleren Bereichen hin gestreut werden.
Lichtbeugung ist ein Phänomen, das auftritt, wenn Lichtwellen durch eine enge Öffnung treten. Dabei breiten sie sich aus und bilden keinen gebündelten Strahl mehr. Um zu verstehen, was ein Lichtstrahl ist, muss man wissen, was ein Lichtstrahl ist. Dieser Strahl ist einfach ein Lichtstrom, der sich durch die Luft ausbreitet. Tritt er durch eine Öffnung, breiten sich die Lichtwellen aus, ähnlich wie bei Autoscheinwerfern in der Nacht, da die Öffnung selbst als neue Lichtquelle dient.
Die Beugung von Licht wird in Kameras verwendet, um Licht durch ein sehr kleines Loch zu zwingen. Hiermit wird die Lichtmenge ausgewählt, mit der das Foto aufgenommen wird.
Schlüsselmerkmale
Die Lichtbeugung verhindert, dass sich Licht an einem Punkt bündelt. Stattdessen wird es gestreut und bildet eine sogenannte Airy-Scheibe. Diese Scheibe veranschaulicht die Verformung des Lichtstrahls und seiner Wellen, projiziert auf eine Ebene. In der Fotografie ist diese Ebene der Kamerasensor.
Die Airy-Scheibe ist das Ziel von Fotografen, um ein ausgewogenes Bild zu erzielen. Es geht darum, ein Bild mit geringer Schärfentiefe aufzunehmen, sodass alles scharf erscheint. Dank der Lichtbeugung kann die Blende der Kamera geschlossen werden, um effizienter zu fokussieren. Allerdings gibt es einen Punkt, an dem das Schließen der Blende zu einem allgemeinen Schärfeverlust führt. Daher ist das Verständnis der Lichtbeugung entscheidend für die Optimierung von Fotos. Um diese Phänomene weiter zu erforschen, können Sie auch den Artikel über irisierende Wolken und ihre Farben konsultieren.
Dieses Phänomen wird auch in Werbespots verwendet, um Visualisierungen zu generieren, die die Aufmerksamkeit auf das bloße Auge lenken. Der Begriff Beugung kommt vom lateinischen Diffraktus, was bedeutet, dass er gebrochen ist. Es tritt hauptsächlich auf, weil eine Schlinge in ihrer Ausbreitung ein Hindernis umgehen kann und sich vom Verhalten geradliniger Strahlen entfernt. Es ist zu beachten, dass die Haupteffekte der Lichtbeugung regelmäßig gering sind.
Das Phänomen der Interferenz lässt sich mit bloßem Auge beobachten, indem man zwei Finger etwa zehn Zentimeter vor die Augen hält und so einen sehr kleinen Abstand zwischen ihnen schafft. Dabei sind dunkle und helle Linien sichtbar. Diese Linien entstehen hauptsächlich durch konstruktive und destruktive Interferenz des Lichts . Die Interferenz breitet sich um die Finger herum aus und erzeugt so diesen Effekt.
Lichtbeugung und Huygens-Prinzip
Die Ursache für Interferenzen ist nicht ganz offensichtlich. Der Wissenschaftler Christiaan Huygens lieferte eine Erklärung für dieses Phänomen. Diese Erklärung basiert auf elektromagnetischer Strahlung und ihrer Dynamik. Wenn Licht die Quelle verlässt, von der es ausgesendet wird, dehnt es sich auf seinem Weg aus. Die Ausdehnung erfolgt geradlinig, als würde es die Oberfläche einer sich kontinuierlich ausdehnenden Kugel bedecken. Die gesamte Ausdehnungsfläche des Lichts nimmt proportional zum Quadrat der zurückgelegten Strecke zu.
Wir gehen davon aus, dass sich elektromagnetische Energie von einer Punktquelle in Form ebener Wellen ausbreiten kann. In diesem Fall gilt das Abstandsgesetz nicht nur für die Energiequelle, sondern auch für jeden Punkt auf der ebenen Welle. Daher können wir sagen, dass die Wellen kontinuierlich von jedem Punkt der Ebene ausgehen und sich in alle Richtungen ausbreiten. Verkleinert man die Fläche, von der das Licht emittiert wird, verringert sich auch die Fläche, durch die sich der Lichtstrahl ausbreitet.
Dieses Huygens-Prinzip wurde vor mehr als 300 Jahren veröffentlicht, und es wird ein neuer Mechanismus vorgeschlagen, um die Ausbreitung von Licht zu kennen, wie wir sie heute kennen. Zu dieser Zeit wurde angenommen, dass sich Licht als Wellen in einer Art fiktiver Materie namens Äther ausbreitet, und es wird angenommen, dass es den gesamten Raum ausfüllt. Jedes vibrierende Ätherteilchen wurde als Ursprung neuer Wellen angesehen. Die zur anfänglichen Lichtbeugung gehörenden sphärischen Wellen stammen von einer Punktquelle und werden teilweise durch einen unendlichen Schirm S verdeckt.
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Lichtwellen wird durch die Öffnung des Schirms innerhalb eines Kegels definiert. Diese Öffnung ist die Fläche, durch die Licht austreten kann. Dieses Prinzip dient zur Formulierung der Reflexions- und Brechungsgesetze ebener Wellen. Das Huygenssche Prinzip ist relevant für die optische Geometrie und gilt für extrem kleine Wellenlängen. Es kann jedoch nicht alle Phänomene im Zusammenhang mit Lichtwellen erklären. Beispielsweise erklärt es nicht die Ablenkung von Lichtstrahlen von der geraden Linie, wenn sie die Kante eines Objekts oder kleine Öffnungen passieren.
Ich hoffe, dass Sie mit diesen Informationen mehr über die Beugung von Licht erfahren können.