Aufgabenblock — AFB II
10 Aufgaben aus allen Teilen der Optik: Lichtquellen, Lichtausbreitung, Schatten, Finsternisse, Mondphasen, Reflexion, Brechung, Lochkamera, Linsen und Farben. Jede Aufgabe braucht mehrere Schritte — du musst die Situation zuerst in eine Regel übersetzen und dann rechnen. Ein Feld schaltet oft erst frei, wenn der Schritt davor stimmt. Bei Schwierigkeiten helfen dir die gestuften Tipps.
Eine Raumsonde ist gerade 90 000 000 km von der Erde entfernt. Das Kontrollzentrum schickt ihr einen Funkspruch. Funkwellen gehören zum Licht und sind mit 300 000 km/s unterwegs.
Rechne Schritt für Schritt. Jedes Feld schaltet frei, wenn das Feld davor stimmt.
| Warum kann das Kontrollzentrum die Sonde nicht wie mit einem Telefon steuern? | |
| Sonnenlicht braucht von der Sonne zur Erde 500 s. Wie ist der Funkspruch unterwegs? |
Vollständige Lösung
Nael baut auf dem Tisch einen Prüfstand auf: eine winzige LED als punktförmige Lichtquelle, davor einen 7 cm hohen Bauklotz, dahinter eine weiße Pappwand. Der Klotz steht 60 cm von der LED entfernt, die Wand 240 cm.
Für eine Punktquelle gilt: alles wird auf dem Weg zur Wand um den Faktor (Abstand Lampe–Wand) : (Abstand Lampe–Gegenstand) größer.
Der Klotz ist immer 7 cm hoch. Deine Aufgabe: Der Schatten soll genau 35 cm hoch werden. Es gibt mehr als eine Lösung — finde heraus, was sie gemeinsam haben.
Vollständige Lösung
Es ist 15 Uhr, die Sonne scheint. Ein 1,50 m hoher Zaunpfahl wirft einen 0,50 m langen Schatten. Am selben Ort und zur selben Zeit gilt für alle Gegenstände dasselbe Verhältnis von Höhe zu Schattenlänge.
| Warum ist der Rand des Pfahlschattens auf dem Boden nicht messerscharf? | |
| Es beginnt zu regnen, die Sonne scheint weiter. Wohin musst du schauen, um den Regenbogen zu finden? |
Vollständige Lösung
In einem Fotostudio stehen zwei getrennte Lampen übereinander. Vor der weißen Rückwand hängt eine undurchsichtige Platte. An der Wand sind fünf Stellen markiert: A, B, C, D und E — von oben nach unten.
a) Kreuze an, von welcher Lampe an der jeweiligen Stelle Licht ankommt, und wähle dann den passenden Bereich.
| Stelle | Licht von L1 kommt an | Licht von L2 kommt an | Das ist … |
|---|---|---|---|
| A (ganz oben) | |||
| B | |||
| C (Mitte) | |||
| D | |||
| E (ganz unten) |
Vollständige Lösung
21. September, 23:10 Uhr. Der volle, runde Mond wird von einer Seite her langsam dunkler. Nach gut einer Stunde ist er ganz im Schatten und leuchtet kupferrot. Meine Cousine in Griechenland schickt ein Foto — sie sieht genau dasselbe.
a) Fülle den Steckbrief zu Elifs Beobachtung aus.
| Art des Ereignisses | |
| Mondphase in dieser Nacht | |
| Wer steht in der Mitte und wirft den Schatten? | |
| Reihenfolge der drei Himmelskörper | |
| Wer kann das Ereignis sehen? | |
| Warum leuchtet der Mond kupferrot? |
Vollständige Lösung
Am 3. März ist Neumond. Timo zeichnet jeden Abend den Mond. Am 10. März notiert er: „Genau die rechte Hälfte leuchtet, die linke Hälfte ist dunkel.“ Ein Phasenzyklus dauert 29,5 Tage.
| Name der Phase | |
| Nimmt der Mond zu oder ab? |
b) und c) Rechne mit dem Zyklus von 29,5 Tagen. Runde auf eine Stelle nach dem Komma.
Vollständige Lösung
Frau Kern richtet einen Laserzeiger so auf einen ebenen Spiegel, dass der Strahl mit der Spiegelfläche einen Winkel von 30° bildet. Achtung: Gemessen wird in der Physik immer zum Lot, nicht zur Fläche.
d) Nun kippt Frau Kern den Zeiger: Der Strahl bildet jetzt 50° mit der Spiegelfläche. Um wie viel Grad wird der Winkel zwischen den beiden Strahlen kleiner?
Vollständige Lösung
Herr Dilek ist 1,80 m groß und möchte sich im Flur von Kopf bis Fuß sehen. Im Baumarkt gibt es Spiegel mit den Höhen 70 cm, 90 cm und 180 cm.
Vollständige Lösung
Mert baut eine Lochkamera aus einem Schuhkarton. Der Schirm aus Pergamentpapier ist 15 cm hinter dem Loch (Bildweite b). Er richtet die Kamera auf eine 3 m hohe Straßenlaterne, die 9 m entfernt steht.
Es gilt B : G = b : g. Achte zuerst auf gleiche Einheiten!
d) Mert nimmt einen doppelt so langen Karton: Der Schirm ist nun 30 cm hinter dem Loch, die Laterne steht weiterhin 9 m entfernt.
| Wie hell ist das Bild im doppelt so langen Karton? | |
| Warum sieht Mert das Bild auch von außen auf dem Pergamentpapier? |
Vollständige Lösung
Ein Brillenglas hat die Brennweite 20 cm. Die Stärke einer Linse wird in Dioptrien angegeben: Stärke = 1 ÷ Brennweite in Metern. Denke an 100 cm = 1 m.
c) Ein zweites Glas ist mit 2,5 dpt beschriftet. Welche Brennweite hat es?
| Welches der beiden Gläser ist in der Mitte stärker gewölbt? | |
| Kurzsichtigkeit: Der Brennpunkt liegt vor der Netzhaut. Was hilft? | |
| Weitsichtigkeit: Der Brennpunkt liegt hinter der Netzhaut. Was hilft? | |
| Warum ändert eine Linse die Richtung des Lichts überhaupt? |
Vollständige Lösung
Reflexion — bevor du weitergehst
Drei Fragen zum Nachdenken — antworte für dich selbst.
- 1. Übersetzen:In welcher Aufgabe hat es am längsten gedauert, bis du wusstest, welche Regel gemeint ist? Woran hättest du es früher erkennen können?
- 2. Verhältnisse:Schatten, Sonnenschatten und Lochkamera arbeiten alle mit demselben Trick: zwei Abstände ins Verhältnis setzen. Kannst du in einem Satz sagen, was diese drei Aufgaben gemeinsam haben?
- 3. Einheiten und Runden:Wo musstest du umrechnen (m ↔ cm, s ↔ min, cm ↔ m bei Dioptrien)? Bei welcher Umrechnung wärst du beinahe hereingefallen?
