Sehen wir Licht?

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Ehemaliges Mitglied Ehemaliges Mitglied Beitrag 16 von 87
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Zitat: Kamerahannes 10.10.14, 22:39Zum zitierten BeitragBei dieser Erklärung sollte man jedoch auf jeden Fall erwähnen, dass Schall und Licht auf zwei völlig verschiedenen physikalischen Gegebenheiten basiert:
Schallwellen sind sich periodisch ausbreitende Luftdruckschwankungen, wogegen Licht auf elektromagnetischen Wellen basiert (wie Radiowellen - nur sehr viel hochfrequenter).
Beim Schall bewegen sich die Luftteilchen zudem in Ausbreitungsrichtung - bei elektromagnetischen Wellen geschieht die Auslenkung der elektromagnetischen Felder senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

Aber ansonsten ist der Vergleich mit den Fledermäusen sehr gut und anschaulich :)
Die Fledermaus sendet Schall mit verschiedenen Frequenzen aus (vergleichbar mit weissem Licht).
Diese verschiedenen Frequenzen werden von Objekten unterschiedlich stark reflektiert (dieses Verhalten is charakteristisch für bestimmte Materialien - vergleichbar mit verschiedenen Farben)
Mit den Ohren werden diese verschiedenen Klangfarben wahrgenommen.

Physikalisch ganz schön schräg und auch falsch! So forciert man Halbwissen.
B. Betancourt B. Betancourt Beitrag 17 von 87
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... na dann biegen wir die Schräge zumindest ein bisschen gerade:

Sensoren "sehen" Licht. Egal ob Film, Chip oder Zelle, die Vorgänge ähneln sich. Es läuft immer darauf hinaus, dass Lichtquanten/Photonen eine Reaktion auslösen. Übrigens hat ein Photon keine "Amplitude" wie eine Schallwelle. Die Energie des einzelnen Quants ist nur von der Wellenlänge (Farbe) abhängig. Die Energiemenge des einfallenden Lichts ist somit abhängig von der Menge (Anzahl) der Lichtquanten und deren Farbe.

Auf dem digitalen Sensor erzeugen die eintreffenden Photonen Elektronen (sekundärer Fotoeffekt) die in einem Kondensator gesammelt und beim Auslesen durch messen der Spannung "gezählt" werden. Da so ein Sensor recht breitbandig arbeitet müssen die Farben (RGB) durch ein Filterarray vor dem Sensor getrennt werden.

Auf dem Film lassen Photonen Silberbromidmöleküle zerfallen, die dann als Keime dienen an denen der Entwickler zuerst wirkt um dort (je nach Menge der Keime also Menge des Lichts das dort eingewirkt hat) die Schwärzung verstärkt. Die "Sortierung" nach Farben beim Farbfilm erfolgt durch unterschiedliche Sensibilisierung der Filmschichten für Photonen bestimmter Energien unterstützt durch farbige Filterschichten zwischen den Filmschichten.

In einem biologischen Rezeptor verändert so ein Photon die chemische Struktur eines Moleküls was wiederum die elektrische Aktivität zwischen Rezeptor und Nervenzelle moduliert. Diese Moleküle sind wiederum so gestaltet, dass sie bevorzugt auf Quanten bestimmter Energie/Wellenlänge reagieren. Wir besitzen also drei Sorten Zapfen mit leicht abweichender Chemie und somit unterschiedlicher Empfindlichkeit für R, G und B.
Eine recht detaillierte Beschreibung der chemischen Prozesse in den Fotorrezeptoren ist hier zu finden:
http://www.u-helmich.de/bio/neu/2/23/233/index233.html
http://www.u-helmich.de/bio/neu/2/23/23 ... 233-1.html

Der Vergleich mit Schall und der Ortung beim Hören hinkt gewaltig. Hauptsächlich deshalb weil wir nur zwei Rezeptoren (Ohren) besitzen im Vergleich zu den Millionen Fotorezeptoren auf die tatsächlich ein Bild projiziert wird. Wobei man aber zugeben muss, dass die Beschreibung von wegen "Ortung durch Klangfarbe" in Ihrer Schwammigkeit sogar nur halb falsch war. Grundsätzlich erfolgt die Ortung von Schallereignissen überwiegend (aber nicht ausschließlich) durch Auswertung der Phasenlage der beiden Signale (Laufzeitdifferenzen linkes und rechtes Ohr). Aber die Unterscheidung vorne/hinten basiert tatsächlich auf dem Unterschied der Spektren die durch Kopf und Ohrmuschel abhängig von der Einfallsrichtung des Schalls verändert werden.

Mehr hierzu findet man z.B. in den Skripten von Jürg Jecklin
http://www.mdw.ac.at/upload/MDWeb/derto ... gehoer.pdf
http://www.mdw.ac.at/derton/?PageId=2882

und Eberhard Sengpiel
http://www.sengpielaudio.com/Unterlagen01.htm
B. Betancourt B. Betancourt Beitrag 18 von 87
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Nachschlag:
Zitat: artoptik 10.10.14, 09:46Zum zitierten BeitragZitat: sunloc 09.10.14, 17:05Zum zitierten BeitragDie Wellen können wir ja nicht wirklich wahrnehmen, oder?
Doch, nur diese und die Lichtteilchen.


Das ist das Gleiche: Welle-Teilchen-Dualismus
Hermann Klecker Hermann Klecker   Beitrag 19 von 87
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Zitat: Holger Scharna 10.10.14, 22:42Zum zitierten BeitragZitat: Kamerahannes 10.10.14, 22:39Zum zitierten BeitragBei dieser Erklärung sollte man jedoch auf jeden Fall erwähnen, dass Schall und Licht auf zwei völlig verschiedenen physikalischen Gegebenheiten basiert:
Schallwellen sind sich periodisch ausbreitende Luftdruckschwankungen, wogegen Licht auf elektromagnetischen Wellen basiert (wie Radiowellen - nur sehr viel hochfrequenter).
Beim Schall bewegen sich die Luftteilchen zudem in Ausbreitungsrichtung - bei elektromagnetischen Wellen geschieht die Auslenkung der elektromagnetischen Felder senkrecht zur Ausbreitungsrichtung.

Aber ansonsten ist der Vergleich mit den Fledermäusen sehr gut und anschaulich :)
Die Fledermaus sendet Schall mit verschiedenen Frequenzen aus (vergleichbar mit weissem Licht).
Diese verschiedenen Frequenzen werden von Objekten unterschiedlich stark reflektiert (dieses Verhalten is charakteristisch für bestimmte Materialien - vergleichbar mit verschiedenen Farben)
Mit den Ohren werden diese verschiedenen Klangfarben wahrgenommen.

Physikalisch ganz schön schräg und auch falsch! So forciert man Halbwissen.


Nein, es ist eine anschauliche Analogie.
Genau wie die Wellen und die Teilchentheorie eigentlich nur Modelle sind, die der Anschauung, Erklärung aber auch Berechnung und vorhersage dienen, ist das eine Analogie, um Zusammenhänge anschaulich darzulegen.

Halbwissen geht anders.
Hermann Klecker Hermann Klecker   Beitrag 20 von 87
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Zitat: B. Betancourt 11.10.14, 08:03Zum zitierten BeitragNachschlag:
Zitat: artoptik 10.10.14, 09:46Zum zitierten BeitragZitat: sunloc 09.10.14, 17:05Zum zitierten BeitragDie Wellen können wir ja nicht wirklich wahrnehmen, oder?
Doch, nur diese und die Lichtteilchen.


Das ist das Gleiche: Welle-Teilchen-Dualismus


Wenn das so ist, und ich stimme Dir zu, dann hat es als Welle eine Amplitude.
Philip Lane Philip Lane Beitrag 21 von 87
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Ich fühle mich als Physiklehrer in der Pflicht, hier auch etwas zu schreiben.
Die folgenden Zeilen sind aber stark vereinfacht, sodass ein Kind dies auch verstehen kann.

Zuerst einmal ist Licht etwas sehr kompliziertes.
Menschen versuchen daher, sich Licht vereinfacht vorzustellen (das nennt man dann ein Modell), um damit gewisse Phänomene erklären zu können, die wir täglich beobachten.

  • Das erste Modell ist natürlich das Strahlenmodell. Damit erklärt man den Strahlengang durch eine Lochkamera bzw. durch das menschliche Auge. Dieses Modell beschreibt nur, wie sich Licht beim Ausbreiten näherungsweise verhält und nicht mehr!
    Damit kann man z.B. erklären, warum wir bei einer Lochkamera das Bild seitenverkehrt und auf den Kopf stehend sehen.
  • Das zweite Modell ist das Teilchenmodell. Man stellt sich das Licht als kleine masselose Teilchen vor (sogenannte Photonen), die von einer Lichtquelle ausgesendet werden und mit lichtgeschwindigkeit durch den Raum fliegen. Wenn ein solches Photon auf eine Oberfläche trifft, dann kann es entweder absorbiert oder zurückgeworfen (reflektiert) werden. Die zurückgeworfenen Photonen können dann in unser Auge fallen und das sehen wir dann.
  • Experimente mit Licht können zeigen, dass sich Licht in manchen Situationen verhält, als wäre es eine Welle. Dieses Wellenmodell ist sehr praktisch, wenn man verschiedene Eigenschaften des Lichtes beschreiben will. Eine Welle kann man sich wie eine Schlangenlinie vorstellen und man kann sie mit zwei Merkmalen beschreiben. Die Höhe der Auslenkungen nennt man Amplitude und dies gibt die Intensität des Lichtes an (also wie Hell etwas wahrgenommen wird). Die Breite, also der Abstand zwischen zwei Bergen nennt man Wellenlänge und gibt die Farbe an. Rot hat beispielsweise eine Wellenlänge von etwa 700nm (Nanometer, d.h. 0,000001 Milimeter!)

In unserem Auge gibt es eine Netzhaut. Auf dieser befinden sich ganz viele sogenannte Stäbchen (das sind ganz kleine längliche Gebilde) und ganz viele sogenannte Zäpfchen (kleine zapfenförmige Gebilde). Die Stäbchen sind für Hell- und Dunkelsehen verantwortlich (und nicht für Farbe). Wenn das Licht auf diese Stäbchen trifft, dann reagieren diese auf die Amplitude des Lichtes (d.h. auf die Höhe des Wellenberges) und je stärker das Licht ist, desto stärker reagieren diese Stäbchen und geben das an das Gehirn weiter. So können wir Hell und Dunkel unterscheiden. Die Zäpfchen reagieren auf die Wellenlänge des Lichtes (d.h. auf den Abstand der Wellenberge). Wir haben drei verschiedene Zäpfchen und jedes reagiert auf eine andere Wellenlänge. Unsere Zäpfchen lassen sich in das Farbsehen von Rot, Grün und Blau unterteilen.
Wenn nun Licht einer bestimmten Farbe (Wellenlänge) in unser Auge fällt, dann reagieren die Zäpfchen je nach Farbe alle unterschiedlich stark. Die Rot-Zäpchen reagieren beispielsweise ganz stark, die Blau Zäpfchen eher mittelstark und die Grün-Zäpchen gar nicht. Aus diesen Informationen berechnet unser Gehirn die Farbe, die wir sehen und dann bekommt das Gehirn die Informationen der Stäbchen und sagt uns, wie Hell oder Dunkel wir die Farbe sehen.

Damit haben wir Menschen übrigens einen Vorteil gegenüer Fotokameras. Fotokameras sehen keine Farben sondern ausschließlich Hell und Dunkel. Die Farbe kommt daher, dass der Sensor viele kleine Detektoren hat und auf jedem dieser Detektoren ist ein Farbfilter, der nur Rot, Grün und Blau durchlässt. Damit misst der Detektor nur die Helligkeit der einzelnen Farben und drei dieser Detektoren zusammengenommen (wie bei den Zäpfchen) geben dann Informationen über die Rückschlüsse auf die Farbe und die Kamera berechnet diese Farbe (wie unser Gehirn das auch berechnet).

Ich hoffe, das war nun kindgerecht genug =)
Matthias von Schramm Matthias von Schramm   Beitrag 22 von 87
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danke phillip lane.

eine absolut naive erklärung, warum wir licht sehen, kann man erkennen, wenn man die situation sehbehinderter menschen beschreibt. wenn die sehschwäche bis zur blindheit (weniger als 1/50stel) des optimalen sehvermögens trotz korrekturlinsen beträgt. es wird hier ganz anschaulich nur noch eine ahnung von hell und dunkel wahrgenommen. nur noch eine abstraktion der welt mit seinen gegenständen als eine folge des extrem schwach empfangenen lichts.
Michael L. aus K. Michael L. aus K.   Beitrag 23 von 87
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Zitat: B. Betancourt 11.10.14, 08:03Zum zitierten BeitragWelle-Teilchen-Dualismus

Gibt es auch für Schall. Phononen wären die Schallteilchen. Einen gewissen Unterschied macht der nicht-vorhandene Äther.
Philip Lane Philip Lane Beitrag 24 von 87
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Zitat: Michael L. aus K. 11.10.14, 22:27Zum zitierten BeitragGibt es auch für Schall. Phononen wären die Schallteilchen. Einen gewissen Unterschied macht der nicht-vorhandene Äther.

Nicht ganz. Auch wenn man von Schallwelle und Lichtwelle spricht, ist es doch beides etwas grundsätzlich anderes!

Licht ist eine elektromagnetische Welle. Sie breitet sich mit der Lichtgeschwindigkeit aus und die Schwingungsrichtung ist senkrecht zur Ausbreitungsrichtung! Das Photon ist nur ein theoretisches Konstrukt, um Phänomene zu erklären. Es ist Träger einer Information. In der theoretischen Physik bezeichnet man solche theoretisch existierenden Informationsträger-Teilchen auch als Eichbosonen. Daher gibt es diesen Welle-Teilchen-Dualismus. Ein Modell reicht nicht aus, um alle Eigenschaften des Lichtes vollständig zu beschreiben.

Schall ist eine mechanische Welle, sie unterliegt nicht den Maxwell-Gleichungen und hat daher auch andere Eigenschaften. Beispielsweise gibt es im Weltraum Licht, aber keinen Schall. Das liegt daran, dass Schall ein Medium braucht, wie z.B. Luft oder Wasser. Ein Schallerzeuger versetzt die Luft durch Druckunterschiede in Schwingungen.
Die Schwingungsrichtung zeigt dabei in Ausbreitungsrichtung (Longitudinalwelle). Dabei stößt ein Molekül gegen ein anderes und überträgt dabei Impuls, sodass sich der Stoßpartner in dieselbe Richtung bewegt und wieder an ein Molekül stößt.
Der Impulsübertrag funktioniert ohne Zeitverzögerung, aber durch die Wegstrecke, die das Molekül zurücklegt, braucht es mehr Zeit als beim Licht. Je dichter ein Medium ist, desto weniger Strecke muss ein gestoßenes Molekül überwinden, desto schneller breitet sich der Schall aus (in Wasser schneller als in Luft). Bei einem langanhaltendem Ton wiederholt sich die Druckänderung ständig, sodass sich auch hier eine periodische Stoßfront im Medium bildet. Wir können hier also auch den Abstand zweier Wellenberge (Wellenlänge) angeben und die Lautstärke einer Amplitude zuordnen. Aber es ist keine Welle, wie dies bei Licht der Fall ist, sondern eher eine Stoßfront. Das Bild einer Schallwelle auf einem Oszilloskop kann daher irreführend erscheinen. Es ist nur eine Visualisierung; solche Schlangenlinien schwirren nicht wirklich unsichtbar durch die Luft! Übrigens spricht man bei Schallwellen üblicherweise nicht von Wellenlänge, sondern von Frequenz (das lässt sich einfach ineinander umrechnen). Frequenz hat die Einheit Hertz = 1/s und beschreibt bei mechanischen Wellen viel besser, was passiert. 50Hz bedeutet also, dass sich die Stroßfront 50 mal pro Sekunde vom Schallerzeuger ausgesendet wird.

Zusammenfassend: Bei Schall gibt es keinen Welle-Teilchen-Dualismus. Es sind Teilchen die stoßen. Diese existieren wirklich! Es gibt also keine theoretisch benötigten Eichbosonen, die den Schall von einem Ort zum anderen transportieren. Das schaffen die realen Teilchen von ganz alleine. Wir visualisieren dies jedoch durch Wellen, die aussehen wie das, was wir von den Zeichnungen über Licht in Büchern kennen. Bei Licht ist es so, dass wir zwei Modelle brauchen. Wir müssen es manchmal als Welle ansehen, manchmal als Teilchen. Dies ist der Welle-Teilchen-Dualismus. Beide Modelle existieren Nebeneinander und können nicht vereint werden.
N. Nescio N. Nescio   Beitrag 25 von 87
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licht und schall:
beides ist ein informations- und energietransport. beides unterliegt zu einem guten teil den schwingungsgesetzen. beide energietransportarten begleiten phänomene, die durch eine wellengleichung nicht beschrieben werden. man kann sich aussuchen, ob man information und energie auf die oder die andere weise transportiert oder ganz andere menchanismen nutzt.
so, wie man nicht gut beraten ist, eine begrenzte menge an energie und information in form von schallwellen im all transportieren zu wollen, ist man auch nicht gut beraten, dies mit licht durch eine fenterlose mauer zu probieren.
Hermann Klecker Hermann Klecker   Beitrag 26 von 87
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Zitat: Matthias von Schramm 11.10.14, 16:13Zum zitierten Beitragdanke phillip lane.

eine absolut naive erklärung, warum wir licht sehen, kann man erkennen, wenn man die situation sehbehinderter menschen beschreibt. wenn die sehschwäche bis zur blindheit (weniger als 1/50stel) des optimalen sehvermögens trotz korrekturlinsen beträgt. es wird hier ganz anschaulich nur noch eine ahnung von hell und dunkel wahrgenommen. nur noch eine abstraktion der welt mit seinen gegenständen als eine folge des extrem schwach empfangenen lichts.


DAS liest Du aus seiner kindgerechten Erklärung heraus?

Erstaunlicher Weise ist sie, obwohl von einem Lehrer formuliert, bis zu dem Punkt einigermaßen richtig, wo er Fotokameras mit Digitalkameras gleichgesetzt hat.


Es gibt übrigens IMMER einen Wellen-Teilchen-Dualismus. Sogar die Ausbreitung sehr vieler Tennisbälle hat Wellencharakter oder der Strom eines Gletschers. Aber das würde zu weit führen, obwohl ich damit tatächlich im schulischen Pyhsikunterricht erstmals konfrontiert wurde. Tatsächlich ist es aber wenig hilfreich, das Wellen- oder Teilchenmodell dort anzwuenden, wo es neben einem akademischen überhaupt aber auch gar keinen praktischen Bezug hat.

Besonders schön finde ich die Aussage, es gäbe keinen Teilchen-Wellen-Dualismus bei Schall, um dann im nächsten Satz ein Teilchen-Modell anzuwenden und im übernächsten ein Wellen-Modell (und nachdem er davor auch davon sprach, Schall sei eine mechanische Welle). Aber um das zu verstehen, muß man vermutlich Lehrer sein.
Doof nur, dass die meisten der Kinder, die sie unterrichten, später aufs Leben losgelassen werden und nicht selbst Lehrer werden wollen.

Wellen im Wasser entsprechen übrigens in vielen Eigenschaften denen des Schalls. Sie breitet sich in ihrer Bewegungsrichtung aus. Trotzdem nehmen wir sie visuell sehr sehr anschaulich als Welle wahr, nämlich dort, wo das medium Wasser zur Luft übergeht.
Ich wage sogar zu behaupten, dass dieses Phänomen namensgebend ist für jedes Wellenmodell überhaupt. Und das, obwohl das nach unserem Lehrer überhaupt keine Welle sei.

Da wäre noch "Die Impulsübertragung erfolgt ohne Zeitübertragung" ...

...na egal. Geschenkt. Bis auf diese Details finde ich die ausführlichen Erklärungen sehr gut und recht anschaulich.
B. Betancourt B. Betancourt Beitrag 27 von 87
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Zitat: N. Nescio 11.10.14, 23:36Zum zitierten Beitragwie man nicht gut beraten ist, eine begrenzte menge an energie und information in form von schallwellen im all transportieren zu wollen, ist man auch nicht gut beraten, dies mit licht durch eine fenterlose mauer zu probieren.

"Licht" durch Mauern ist gar kein Problem. Die Wellenlänge muss halt entweder ausreichend lang oder kurz genug genug sein. Nur dazwischen, so rund ums Sichtbare herum, gibts einen Bereich der sich mit Wänden schwer tut.

Haarspaltende Grüße
bb
Lichtmaler Köln Lichtmaler Köln Beitrag 28 von 87
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Zitat: B. Betancourt 12.10.14, 00:14Zum zitierten BeitragZitat: N. Nescio 11.10.14, 23:36Zum zitierten Beitragwie man nicht gut beraten ist, eine begrenzte menge an energie und information in form von schallwellen im all transportieren zu wollen, ist man auch nicht gut beraten, dies mit licht durch eine fenterlose mauer zu probieren.

"Licht" durch Mauern ist gar kein Problem. Die Wellenlänge muss halt entweder ausreichend lang oder kurz genug genug sein. Nur dazwischen, so rund ums Sichtbare herum, gibts einen Bereich der sich mit Wänden schwer tut.

Haarspaltende Grüße
bb


Wieso Haare? Laser und los! Alles eine Frage der Energie... ;-)

Grüße vom Lichtmaler aus Köln.
B. Betancourt B. Betancourt Beitrag 29 von 87
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Zitat: Hermann Klecker 12.10.14, 00:08Zum zitierten BeitragWellen im Wasser entsprechen übrigens in vielen Eigenschaften denen des Schalls. Sie breitet sich in ihrer Bewegungsrichtung aus. Trotzdem nehmen wir sie visuell sehr sehr anschaulich als Welle wahr, nämlich dort, wo das medium Wasser zur Luft übergeht.

Oberflächenwellen sind transversale Wellen an der Grenzfläche zwischen zwei Medien. Schall ist eine longitudinale Welle im Medium.
artoptik artoptik Beitrag 30 von 87
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http://www.helpster.de/quantenphysik-fu ... dnis_41810
Licht ist also für etwas für Dummies :D
Das Sehen kann ich aber nicht nachvollziehen. Klar ist, das das Licht durch die Optik des Auges auf die Netzhaut fokussiert wird, dort erfolgt die chemische Umwandlung der Lichtsignale in elektrische Impulse. Die Weiterleitung der Informationen erfolgt dann durch den Sehnerv des jeweiligen Auges durch Chiasma Opticum bis zum Thalamus und dann gelangen die Informationen ins Sehzentrum des Gehirns. Wie dort ein farbiges, räumliches, bewegtes Bild entsteht kann ich deutlich sehen aber mir nicht erklären.
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