Optics Light Lab: Ray Tracing
Optics Light Lab: Ray Tracing — Ein Optiksimulator, in dem Spiegel, Linsen und Prismen jeden Lichtstrahl verfolgen
Optics Light Lab: Ray Tracing ist ein kostenloser Android-Optiksimulator, der geometrische Optik greifbar macht. Platziere Spiegel, Linsen und Prismen auf einer 3D-Optikbank, und eine Strahlverfolgungs-Engine berechnet jede Reflexion und Brechung neu, während du sie bewegst. 38 Lektionen, 18 Labore und eine Laser-Rätsel-Laufbahn mit 50 Levels werden von derselben Engine bewertet, und die gesamte App funktioniert offline.
- Preis
- Kostenlos, Pro-Upgrade
- Plattformen
- Android
- Sprachen
- 10
Der Regenbogen wird berechnet, nicht gezeichnet.
Schalte den Laser auf weißes Licht um und richte ihn auf ein Prisma: Ein Lichtstrahl fächert sich in sieben separat verfolgte Wellenlängen auf, die jeweils durch ihren eigenen Brechungsindex abgelenkt werden. Darunter liegt kein vorgerenderter Verlauf. Wenn du also einen Winkel falsch einstellst, siehst du genau, um wie viel.
Was es ist
Optics Light Lab: Ray Tracing ist eine kostenlose Android-App zum Lernen der geometrischen Optik mit einem Live-Strahlverfolgungs-Simulator. Sie bietet 38 Lektionen in vier Welten (Reflexion und Brechung, Linsen und Spiegel, Dispersion und Farbe, Tiefenoptik), 18 Optikbank-Labore, 4 interaktive Simulationen, eine Sandbox mit 9 Elementtypen und 15 optischen Materialien sowie 50 Laser-Rätsel. Jede Lektion, jedes Diagramm, jedes Labor und jedes Rätsel ist auf dem Gerät enthalten, sodass die App offline funktioniert.
In der App
So sieht es aus
Hintergrund
Wie lenken Spiegel, Linsen und Prismen Licht ab, und was ist Strahlverfolgung?
Die geometrische Optik beschreibt Licht als Strahlen, die sich geradlinig bewegen, bis sie auf eine Oberfläche treffen. An einem Spiegel wird ein Strahl so reflektiert, dass der Einfallswinkel dem Ausfallswinkel entspricht. An der Grenze zwischen zwei Materialien wie Luft und Glas wird er nach dem Snelliusschen Gesetz gebrochen. Strahlverfolgung bezeichnet die Methode, jeden Strahl über jede Oberfläche hinweg zu verfolgen, auf die er trifft. So kann ein Computer anzeigen, wo eine Linse einen Lichtstrahl bündelt oder wie ein Prisma weißes Licht in Farben aufteilt. Weil die Regeln exakt sind, kann ein Simulator deine Antwort überprüfen, indem er den Strahl verfolgt und feststellt, ob er auf dem Ziel landet.
ReflexionsgesetzEinfallswinkel gleich Ausfallswinkel
Ein Strahl, der auf eine glatte Oberfläche trifft, verlässt sie im gleichen Winkel, in dem er angekommen ist, gemessen zum Lot – der Linie, die senkrecht auf der Oberfläche steht. Ein häufiger Fehler ist, stattdessen vom Spiegel selbst aus zu messen.
Snelliussches Gesetz und Brechungsindexwie Licht beim Eintritt in Glas gebrochen wird
Wenn Licht von einem Material in ein anderes übergeht, ändern sich seine Geschwindigkeit und Richtung. Der Brechungsindex jedes Materials, von Eis bis Diamant, bestimmt, wie stark es gebrochen wird. Je größer der Index, desto stärker wird der Strahl abgelenkt.
Linsengleichungwo eine Linse ein Bild erzeugt
Für eine dünne Linse gilt: 1/f ist gleich 1/do plus 1/di. Die Gleichung verbindet die Brennweite f mit der Objektentfernung und der Bildentfernung. Sie erklärt, warum eine Sammellinse je nach Position des Objekts ein größeres, kleineres, aufrechtes oder umgekehrtes Bild erzeugen kann.
Dispersion und TotalreflexionAufspaltung der Farben und eingeschlossenes Licht
Dispersion entsteht, weil der Brechungsindex für jede Farbe geringfügig anders ist. Deshalb lenkt ein Prisma blaues Licht stärker ab als rotes. Überschreitet Licht innerhalb eines optisch dichteren Materials den Grenzwinkel, kann es nicht entkommen und wird vollständig reflektiert. Dieses Prinzip steckt hinter Glasfasern.
So funktioniert es
Wie Lektion und Labor zusammenpassen
Jede Lektion verbindet eine kurze Erklärung mit einer Live-Optikbank, sodass Regel und Darstellung gemeinsam verständlich werden.
Lies die Regel mit einem Diagramm
Jede Lektion erklärt eine Idee, zum Beispiel das Reflexionsgesetz, mit einem handgezeichneten Diagramm und einer sofortigen Kontrollfrage. Warnungen weisen auf typische Fehler hin, etwa das Messen von der falschen Linie aus.
Bewege die Optikelemente auf der Bank
Drehe einen Spiegel, tausche eine Linse aus oder setze ein Prisma in den Strahl. Der Strahlverfolger berechnet den Verlauf in Echtzeit neu. Schieberegler für das Snelliussche Gesetz, die dünne Linse, den Grenzwinkel und die Prismendispersion zeigen beim Ziehen ihre jeweiligen Messwerte an.
Beweise es mit einem Labor oder Rätsel
Die Labore innerhalb der Lektionen werden von derselben Engine bewertet, die den Strahl zeichnet. In den Rätseln musst du den Laser durch Drehen und Platzieren der Optikelemente auf ein Ziel richten – von Aufgaben mit einem einzelnen Spiegel bis hin zu Treppen aus drei Spiegeln mit Ablenkungsprismen und Blockern.
Was steckt drin
Das ist in der App enthalten
38
Lektionen in 4 Welten
Reflexion und Brechung, Linsen und Spiegel, Dispersion und Farbe sowie Tiefenoptik mit Themen wie dem Snelliusschen Gesetz, gekrümmten Spiegeln, der Linsengleichung und Totalreflexion.
50
Laser-Rätsel
Eine Reihe von Licht-Labyrinthen, bei denen die Engine vor der Veröffentlichung überprüft hat, ob jedes Level lösbar ist.
18
Optikbank-Labore
Praktische Aufgaben, die in die Lektionen integriert und von der Strahlverfolgungs-Engine bewertet werden, die den Lichtstrahl zeichnet.
9
Sandbox-Elementtypen
Plane, konkave und konvexe Spiegel, Sammel- und Zerstreuungslinsen, Prismen, Blocker, Ziele und der Laser. Ziehe zum Umkreisen, ziehe zwei Finger zum Zoomen auseinander oder zusammen und speichere deine Aufbauten, um sie später wieder zu öffnen.
15
Echte optische Materialien
Von Eis bis Diamant, jedes mit seinem eigenen Brechungsindex. Tausche das Glas in einem Prisma aus und beobachte, wie sich das Spektrum verbreitert oder verengt.
KI
KI-Tutor
Bitte um eine Erklärung, was auf deiner Optikbank passiert, oder um einen Hinweis, wenn du bei einem Rätsel nicht weiterkommst. Kostenlose Konten erhalten 2 Erklärungen und 1 Hinweis pro Tag.
Passend
Für wen es geeignet ist – und für wen nicht
Es passt zu dir, wenn du
- Du lernst Physik und möchtest sehen, wie eine Linse Licht bricht, statt nur eine Formel auswendig zu lernen
- Du unterrichtest Optik oder gibst Nachhilfe und möchtest eine optische Bank, die Lernende selbst verändern und testen können
- Du magst Puzzle-Spiele und hast Spaß daran, einen Laser mit Spiegeln auszurichten
- Du möchtest wissen, warum ein Prisma einen Regenbogen erzeugt oder wie die Totalreflexion funktioniert
- Du musst ohne Internetverbindung lernen, weil die Inhalte offline gebündelt sind
Du bist hier nicht richtig, wenn du
- Du brauchst eine iPhone-App, weil die App derzeit nur für Android verfügbar ist
- Du möchtest Wellenoptik wie Interferenz und Beugung lernen, weil die App geometrische Optik abdeckt
- Du erwartest, dass alle vier Welten und alle 50 Puzzles kostenlos sind: Welt 1 und die ersten 10 Levels sind kostenlos, mit Pro schaltest du den Rest frei
- Du magst keine Werbung, denn die kostenlose Version zeigt Werbung zwischen den Ansichten
Fragen
Häufig gestellte Fragen
Welche App eignet sich am besten, um Optik und Raytracing auf dem Smartphone zu lernen?
Mit einem Optik-Simulator kannst du den Aufbau verändern und beobachten, wie das Licht reagiert. Optics Light Lab: Ray Tracing verbindet 38 kurze Lektionen mit einer interaktiven optischen 3D-Bank, auf der eine Raytracing-Engine jede Reflexion und Brechung neu berechnet, während du Spiegel, Linsen und Prismen bewegst. Die App kann auf Android kostenlos gestartet werden und funktioniert offline.
Was ist geometrische Optik?
Die geometrische Optik modelliert Licht als Strahlen, die sich geradlinig ausbreiten und ihre Richtung nur an Oberflächen durch Reflexion und Brechung ändern. Sie erklärt Spiegel, Linsen, Prismen und einfache optische Instrumente. Optics Light Lab: Ray Tracing vermittelt sie in vier Welten – von Reflexion und Brechung bis hin zu Deep Optics.
Wie spaltet ein Prisma weißes Licht in Farben auf?
Der Brechungsindex von Glas ist für blaues Licht etwas höher als für rotes. Deshalb wird jede Farbe an der Oberfläche unterschiedlich stark gebrochen. Das nennt man Dispersion. In Optics Light Lab: Ray Tracing kannst du den Laser auf weißes Licht umschalten und beobachten, wie sich ein Strahl in sieben separat nachverfolgte Wellenlängen auffächert.
Muss ich das Snelliussche Gesetz kennen, bevor ich anfange?
Nein. Welt 1 führt dich vom Reflexionsgesetz zum Snelliusschen Gesetz und nutzt dabei Diagramme und sofortige Überprüfungen. So wird eine Formel, die du bisher nur auswendig gelernt hast, zu etwas, das du selbst testen kannst. Optics Light Lab: Ray Tracing enthält außerdem einen Schieberegler für das Snelliussche Gesetz, der beim Ziehen automatisch die entsprechenden Werte berechnet.
Was sind die Laser-Puzzles?
Es gibt 50 Levels, in denen du einen Laser durch Drehen und Platzieren optischer Elemente auf ein Ziel ausrichtest. In den frühen Levels kommt ein einzelner Spiegel zum Einsatz, später zwei oder drei Spiegel sowie Ablenkungsprismen und Blocker. Optics Light Lab: Ray Tracing bewertet jedes Level mit derselben Raytracing-Engine und hat überprüft, dass jedes Level lösbar ist.
Funktioniert Optics Light Lab: Ray Tracing offline?
Ja. Jede Lektion, jedes Diagramm, jedes Labor und jedes Puzzle ist auf dem Gerät gebündelt. Dadurch wird eine Sitzung weder im Flugzeug noch bei fehlendem Empfang unterbrochen. Der KI-Tutor ist die einzige Funktion, die zum Antworten eine Verbindung benötigt.
Was macht der KI-Tutor?
Er erklärt, was auf deiner optischen Bank passiert, und gibt dir einen Hinweis, wenn du bei einem Puzzle nicht weiterkommst. In Optics Light Lab: Ray Tracing enthält die kostenlose Version täglich 2 KI-Erklärungen und 1 Puzzle-Hinweis. Mit Pro entfallen diese Limits.
Ist Optics Light Lab: Ray Tracing kostenlos?
Die App ist kostenlos bei Google Play erhältlich und enthält Werbung zwischen den Ansichten. Die kostenlose Version umfasst die gesamte Welt 1 (10 Lektionen und 5 Labore), die Puzzle-Levels 1 bis 10, eine Sandbox mit 5 Elementen und 3 gespeicherten optischen Bänken, 2 KI-Erklärungen und 1 Hinweis pro Tag. Mit Pro schaltest du die Welten 2 bis 4 frei (28 weitere Lektionen und 13 weitere Labore), die Levels 11 bis 50, eine unbegrenzte Sandbox und unbegrenzte KI-Hilfe. Außerdem wird die Werbung entfernt.
Gibt es eine iPhone-Version?
Derzeit nicht. Optics Light Lab: Ray Tracing ist auf Android-Smartphones und -Tablets über Google Play verfügbar, und diese Seite verlinkt ausschließlich auf diesen Eintrag.
Welche Sprachen werden unterstützt?
Die App und diese Seite sind in 10 Sprachen verfügbar. Außerdem bietet die App durchgehend ein helles und ein dunkles Design.
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Setze einen Spiegel in den Strahl und sieh, was passiert
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