EXP MNK 3-4: 15. Licht – geradlinige Ausbreitung, Streuung ...

EXP MNK 3-4: 15. Licht – geradlinige Ausbreitung, Streuung,
Bündelung, toter Winkel, Regenbogen
Der dreigeteilte Löffel
Dies ist ein einfacher Versuch zum Thema Lichtbrechung und
Brechungsindex.
Was wird gebraucht?
� eine viereckige Vase aus Glas oder ein Trinkglas
� ein Löffel
� Öl, Wasser und Lebensmittelfarbe oder Tinte, falls gewünscht
Was ist zu tun?
Man fülle das Glas zunächst mit ein wenig Wasser und danach vorsichtig
mit Öl. Dann tauche man den Löffel in die Flüssigkeiten und schaue sich
das Ganze unter verschiedenen Blickwinkeln an.
Was ist geschehen?
Dieses Phänomen im Alltag
Fische sehen im Wasser etwa um ein Drittel größer aus.
Die Lichtstrahlen werden beim Übergang von Wasser in
Luft vom Lot - einer gedachten senkrechten Linie auf der
Wasseroberfläche - weggebrochen. Dies geschieht
umso stärker, je schräger der Lichtstrahl einfällt. In
diesem Fall erscheint der Fisch nicht nur größer,
sondern auch in seiner Position verschoben.
Beim Übergang von einem optisch dünneren Medium in
ein optisch dichteres Medium tritt der umgekehrte Fall
ein: Das Licht wird zum Lot hinggebrochen. Alles
erscheint dann kleiner.
Steht also jemand - in Physikbüchern werden gerne die
Indianer bemüht - am Ufer eines Flusses und möchte mit
einem Speer einen Fisch erlegen, so darf er nicht genau
auf den Fisch zielen, sondern muss immer etwas davor
werfen.
Geht Licht von einem Medium in ein anderes Medium über -
hier von Luft in Öl und in Wasser - werden die Lichtstrahlen
an den Grenzflächen gebrochen.
Wie stark die Lichtstrahlen gebrochen werden, hängt von der
optischen Dichte eines Materials ab. Sie wird mit der
Brechzahl oder dem Brechungsindex angegeben. Je höher
die Brechzahl eines Mediums, umso stärker ist die Brechung.
Luft hat ungefähr die Brechzahl 1. Wasser hat einen
Brechungsindex von etwa 1,33 und Öl von etwa 1,4 bis 1,6.
So lässt sich verstehen, warum es zwischen Öl und Luft, den
größeren Knick gibt: Der Unterschied im Brechungsindex ist
hier am größten. Anders gesagt: Öl ist optisch deutlich dichter
als Luft.
Wie stark der Lichtstrahl gebrochen wird, hängt außerdem
davon ab, wie schräg das Licht einfällt. Je schräger der
Blickwinkel, desto stärker die Lichtbrechung.
Unser Auge weiß von der Lichtbrechung natürlich nichts und
nimmt den Löffel daher größer und - je nachdem unter
welchem Winkel man auf das Glas schaut - in seiner Position
auch verschoben wahr.
1

Was brauchst du?
� Gießkanne
� Wasser für die Gießkanne
Durch Wasser gebogenes Licht
� eine dünne hell leuchtende Taschenlampe
� durchsichtige Plastiktüten
� Gummibänder
� Klebestreifen
Was musst du machen?
Zuerst musst du deine Taschenlampe wasserdicht machen. Wenn sie später
ins Wasser gelegt wird, soll sie nicht nass werden. Lege dafür die
Taschenlampe in eine oder mehrere wasserdichte Plastiktüten und
verschließe sie dicht mit Gummibändern.
Die so verschlossene
Taschenlampe klebst du
vorsichtig von innen in den
Ausguss der Gießkanne. Die
Taschenlampe leuchtet in
Richtung des Ausgusses.
Fülle nun die Gießkanne mit Wasser. Achte darauf, dass an der Seite der Lampe noch Wasser vorbei
fließen kann und der Ausguss nicht verstopft ist. Ansonsten musst du die Lampe umkleben.
Nun gießt du das Wasser aus der Kanne (probiere es unterschiedlich schnell).
2

Wie funktioniert das?
Was passiert?
Wenn es ausreichend dunkel ist, ist der
Wasserstrahl selbst schwach erleuchtet und
am Boden, wo das Wasser auftrifft, ist ein
heller Fleck zu sehen.
Wie funktioniert das?
Durch Wasser gebogenes Licht
Wusstest du schon, dass ... die Lichtstrahlen sich innerhalb eines Stoffes
immer geradlinig ausbreiten?
Nur an der Grenzfläche zu einem anderen Stoff können sie umgelenkt
werden!
Das Licht der Taschenlampe startet innerhalb des Wasserstrahls. Der
Wasserstrahl aus der Kanne fließt in einem Bogen zur Erde (der Grund
dafür ist die Schwerkraft). Der Lichtstrahl breitet sich im Wasser
geradlinig aus, bis er auf die Innenwand des Wasserbogens (d.h. an die
Grenzfläche zur Luft) trifft.
Ein Teil des Lichtes tritt in die umgebende Luft aus und gelangt in unser
Auge. Wenn es im Dunkeln passiert, sehen wir den Wasserstrahl glitzern.
Ein anderer Teil des Lichtes wird aber an den Innenwänden des
Wasserstrahls immer wieder ins Innere des Wasserstrahls abgelenkt und
kann dem Wasserstrahl nicht entkommen. Dieses Licht breitet sich im
Wasserstrahl von einer Wand zu der anderen im Zickzack aus und trifft
auf die Erde, wo wir es als Lichtfleck sehen können.
Weitere Eperimente:
http://www.physikfuerkids.de/lab1/licht/index.html
3

Toter Winkel
Im Rahmen der Fahrradausbildung der 4. Klassen brachte
Busunternehmer Oliver Ehrenreich auch in diesem Jahr den Schülern
wieder nahe, welche Gefahren der tote Winkel bei großen Fahrzeugen
birgt.
Direkt am Schulbus erlebten die Kinder, wie groß die toten Winkel an
einem solchen Fahrzeug sind. Spielend konnte eine ganze Klasse im nicht
einsehbaren Bereich des Fahrzeuges „versteckt“ werden.
Außerdem konnten sich die Kinder durch zwei Experimente selbst davon
überzeugen, dass das Drängeln und Schubsen beim Einsteigen keinen
Zeitvorteil für sie bringt. Das geordnete und damit gefahrlose Einsteigen
in den Bus dauerte laut Stoppuhr nämlich nur halb so lange.
Die Schüler durften auch noch erfahren, welche Kräfte bei einer
Vollbremsung auf sie wirken. Höchst erstaunt waren sie über die Wucht,
mit der man bereits bei einer abrupten Bremsung aus der geringen
Geschwindigkeit von nur 5 km/h von den Sitzen gedrückt wird.
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Siehe PDF: Licht und Schatten
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Wie entstehen die Farben eines Regenbogens? Gibt es nur einen, wenn es regnet? Du kannst dir sogar
deinen eigenen Regenbogen machen... Das Experiment zeigt dir, wie es funktioniert.
Was benötige ich?
� 1 Taschenlampe
� 1 flache, rechteckige Schale
� 1 Spiegel
� 1 weißes Papier
� Wasser
Und so funktioniert es! Die Schale füllst du mit Wasser auf. Nun
lehnst du den Spiegel an die schmale Wand. Leuchte jetzt mit der
Taschenlampe auf das Wasser, sodass der Lichtstrahl einen Teil des
Spiegels trifft. Halte nun ein Blatt weißes Papier vor den Spiegel, um
das vom Papier reflektierte Licht einzufangen.
Was passiert? Auf dem weißen Papier erscheinen die Farben des
Regenbogens.
Der Grund: Wassertropfen brechen das Licht der Sonne. Dabei wird
das weiße Sonnenlicht in die sieben Farben des Regenbogens
gebrochen.
Wenn du noch mehr wissen willst: Der Regenbogen ist eine
faszinierendes Schauspiel am Himmel. Regenbogen entstehen, wenn
Sonnenlicht von vielen Wassertröpfchen in der Luft reflektiert wird.
Das Licht wird an der Innenseite der Tropfen ein- oder zweimal gebrochen und kommt dann bei uns im Auge
bunt an. Nicht gebrochenes Licht ist für unser Auge weiß.
Also viel Spaß beim Ausprobieren …
Klicke auf den Weiter-Pfeil rechts unten, um das nächste Experiment
auszuprobieren. Mit dem Zurück-Pfeil gelangst du zum vorigen Experiment.
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