1.Gruppe: Ralf Stephan, Michael Heinrich, Martin Neugebauer, Stefan Heß
2.Gruppe: Julia Hinterleitner, Cornelia Voigtländer, Aranka Mayer, Anja Belz, Daniel Hesselbarth
Die in den beiden vorherigen Kapiteln angesprochenen Krümmungen der Lichtwege sollen nun mit Experimenten belegt werden.
1.Versuch
Material:
- abgekochtes mit Fluoreszein angefärbtes Wasser
- konzentrierte und filtrierte mit Fluoreszein angefärbte Kochsalzlösung
- Glastrog mit ebenen Wänden
- Trichter und Schlauch
- Lampe
- Spaltblende
Versuchsbeschreibung:
Wir füllen den Glastrog ca. bis zur Hälfte mit dem abgekochten Wasser. Anschließend wird vorsichtig mit Hilfe des Trichters und des Schlauches die konzentrierte und filtrierte Kochsalzlösung unter das Wasser geschichtet. Beim Einschütten der Kochsalzlösung muss darauf geachtet werden, dass sich die beiden Flüssigkeiten nicht vermischen.
Anschließend wurde mit einem schmalen Lichtstrahl durch die schmale Seite des Glastrogs geleuchtet und von der breiten Seite in Höhe des Lichtstrahls beobachtet.
Beobachtung: Es ist eine leichte Krümmung zu sehen, wie das untere Bild zeigt!
2.Versuch
Material:
- Kochsalzlösung mit stufenlosen Übergang von wenig Salzgehalt zu mehr Salzgehalt (so eine Mischung bekommt man, wenn man die Mischung aus dem ersten Versuch drei bis sechs Stunden stehen läßt)
- Glastrog mit ebenen Wänden
- Lampe
- Spaltblende
Versuchsbeschreibung:
3,5 Stunden nach dem ersten Versuch versuchen wir das ganze mit der gleichen Flüssigkeit noch mal. Durch Diffusion hat sich eine Flüssigkeit mit stufenlosen Übergang von wenig Salzgehalt zu mehr Salzgehalt ergeben. Wir beleuchten wieder mit einem Lichtstrahl von der Seite.
Beobachtung:
Der Lichtstrahl ist am Anfang gerade und krümmt sich dann immer mehr nach unten, wie das nächste Bild zeigt.
Erklärung:
Besteht das vom einem Lichtstrahl durchsetzte Mittel aus Schichten mit verschiedenen Brechungsindizes, so findet an jeder Grenzschicht Brechung statt. Da der Lichtstrahl bei leicht nach unten geneigtem Einfall ein Mittel durchläuft, das optisch kontinuierlich dichter wird (die Brechungsindizes vergrößern sich stetig), muss er fortgesetzt gebrochen werden; somit entsteht eine gekrümmte Bahn nach unten.
3.Versuch
Versuchsbeschreibung:
Wir stellen einen zweiten Glastrog hinter den ersten. Beide enthalten annähernd die gleichen Mischungen aus Wasser und Kochsalzlösung. Dann beleuchten wir wieder mit einem Lichtstrahl von der Seite.
Beobachtung:
Das Licht macht in der ersten Wanne einen aufsteigenden Bogen und in der zweiten verläuft der Lichtstrahl in einem absteigenden Bogen.
Es zieht sich durch beide Wannen ein Kreisbogen!
Der absteigende Ast der Kurve ist symmetrisch zum aufsteigenden, so dass der Strahl die Wanne in einem nach oben gewölbten Bogen durchsetzt. – Bei 30 cm Wannenlänge ist die Überhöhung 3 bis 4 cm.
Erklärung:
Besteht das vom einem Lichtstrahl durchsetzte Mittel aus Schichten mit verschiedenen Brechungsindizes, so findet an jeder Grenzschicht Brechung statt. Da der Lichtstrahl beim schrägen Einfall von unten her ein Mittel durchläuft, das optisch kontinuierlich dünner wird (die Brechungsindizes verkleinern sich stetig), muss er fortgesetzt gebrochen werden, so dass eine gekrümmte Bahn entsteht.
Probleme und Lösungen:
| 1. | Wenn man die Kochsalzlösung zu schnell hinzu gibt vermischen sich die beiden Substanzen! |
| Lösung: Den Trichter tief halten und den Schlauch schräg im Wasser ansetzen! | |
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| 2. | In der 3,5 stündigen Wartezeit (siehe Versuch 2) darf die Wanne nicht bewegt werden, da sonst eine Mischung der Flüssigkeiten mit überall dem gleichem Salzgehalt entsteht! |
| 3. | Durch das Verschieben der zweiten Wanne (Versuch 3) kommt es zu einer leichten Vermischung! Außerdem waren die Mischungen der beiden Wannen nicht ganz identisch! |
| Lösung: Wannen schon zu Beginn hintereinander stellen! Gleiche Salzlösungen herstellen! | |
| 4. | Beim 3.Versuch muss das Licht durch die erste Wanne, dann durch das Glas, dann durch einen geringen Luftspalt, dann wieder durch Glas und dann durch die Flüssigkeit! Dadurch wird der Lichtstrahl zu oft ungewollt gebrochen und das Ergebnis wird verfälscht! |
| Lösung: Sehr lange Wanne nehmen. | |
Skizze zur Lichtbrechung:
