EXP MNK 3-4: 15. Licht – geradlinige Ausbreitung, Streuung ...
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<strong>EXP</strong> <strong>MNK</strong> 3-4: <strong>15.</strong> <strong>Licht</strong> <strong>–</strong> <strong>geradlinige</strong> <strong>Ausbreitung</strong>, <strong>Streuung</strong>,<br />
Bündelung, toter Winkel, Regenbogen<br />
Der dreigeteilte Löffel<br />
Dies ist ein einfacher Versuch zum Thema <strong>Licht</strong>brechung und<br />
Brechungsindex.<br />
Was wird gebraucht?<br />
� eine viereckige Vase aus Glas oder ein Trinkglas<br />
� ein Löffel<br />
� Öl, Wasser und Lebensmittelfarbe oder Tinte, falls gewünscht<br />
Was ist zu tun?<br />
Man fülle das Glas zunächst mit ein wenig Wasser und danach vorsichtig<br />
mit Öl. Dann tauche man den Löffel in die Flüssigkeiten und schaue sich<br />
das Ganze unter verschiedenen Blickwinkeln an.<br />
Was ist geschehen?<br />
Dieses Phänomen im Alltag<br />
Fische sehen im Wasser etwa um ein Drittel größer aus.<br />
Die <strong>Licht</strong>strahlen werden beim Übergang von Wasser in<br />
Luft vom Lot - einer gedachten senkrechten Linie auf der<br />
Wasseroberfläche - weggebrochen. Dies geschieht<br />
umso stärker, je schräger der <strong>Licht</strong>strahl einfällt. In<br />
diesem Fall erscheint der Fisch nicht nur größer,<br />
sondern auch in seiner Position verschoben.<br />
Beim Übergang von einem optisch dünneren Medium in<br />
ein optisch dichteres Medium tritt der umgekehrte Fall<br />
ein: Das <strong>Licht</strong> wird zum Lot hinggebrochen. Alles<br />
erscheint dann kleiner.<br />
Steht also jemand - in Physikbüchern werden gerne die<br />
Indianer bemüht - am Ufer eines Flusses und möchte mit<br />
einem Speer einen Fisch erlegen, so darf er nicht genau<br />
auf den Fisch zielen, sondern muss immer etwas davor<br />
werfen.<br />
Geht <strong>Licht</strong> von einem Medium in ein anderes Medium über -<br />
hier von Luft in Öl und in Wasser - werden die <strong>Licht</strong>strahlen<br />
an den Grenzflächen gebrochen.<br />
Wie stark die <strong>Licht</strong>strahlen gebrochen werden, hängt von der<br />
optischen Dichte eines Materials ab. Sie wird mit der<br />
Brechzahl oder dem Brechungsindex angegeben. Je höher<br />
die Brechzahl eines Mediums, umso stärker ist die Brechung.<br />
Luft hat ungefähr die Brechzahl 1. Wasser hat einen<br />
Brechungsindex von etwa 1,33 und Öl von etwa 1,4 bis 1,6.<br />
So lässt sich verstehen, warum es zwischen Öl und Luft, den<br />
größeren Knick gibt: Der Unterschied im Brechungsindex ist<br />
hier am größten. Anders gesagt: Öl ist optisch deutlich dichter<br />
als Luft.<br />
Wie stark der <strong>Licht</strong>strahl gebrochen wird, hängt außerdem<br />
davon ab, wie schräg das <strong>Licht</strong> einfällt. Je schräger der<br />
Blickwinkel, desto stärker die <strong>Licht</strong>brechung.<br />
Unser Auge weiß von der <strong>Licht</strong>brechung natürlich nichts und<br />
nimmt den Löffel daher größer und - je nachdem unter<br />
welchem Winkel man auf das Glas schaut - in seiner Position<br />
auch verschoben wahr.<br />
1
Was brauchst du?<br />
� Gießkanne<br />
� Wasser für die Gießkanne<br />
Durch Wasser gebogenes <strong>Licht</strong><br />
� eine dünne hell leuchtende Taschenlampe<br />
� durchsichtige Plastiktüten<br />
� Gummibänder<br />
� Klebestreifen<br />
Was musst du machen?<br />
Zuerst musst du deine Taschenlampe wasserdicht machen. Wenn sie später<br />
ins Wasser gelegt wird, soll sie nicht nass werden. Lege dafür die<br />
Taschenlampe in eine oder mehrere wasserdichte Plastiktüten und<br />
verschließe sie dicht mit Gummibändern.<br />
Die so verschlossene<br />
Taschenlampe klebst du<br />
vorsichtig von innen in den<br />
Ausguss der Gießkanne. Die<br />
Taschenlampe leuchtet in<br />
Richtung des Ausgusses.<br />
Fülle nun die Gießkanne mit Wasser. Achte darauf, dass an der Seite der Lampe noch Wasser vorbei<br />
fließen kann und der Ausguss nicht verstopft ist. Ansonsten musst du die Lampe umkleben.<br />
Nun gießt du das Wasser aus der Kanne (probiere es unterschiedlich schnell).<br />
2
Wie funktioniert das?<br />
Was passiert?<br />
Wenn es ausreichend dunkel ist, ist der<br />
Wasserstrahl selbst schwach erleuchtet und<br />
am Boden, wo das Wasser auftrifft, ist ein<br />
heller Fleck zu sehen.<br />
Wie funktioniert das?<br />
Durch Wasser gebogenes <strong>Licht</strong><br />
Wusstest du schon, dass ... die <strong>Licht</strong>strahlen sich innerhalb eines Stoffes<br />
immer geradlinig ausbreiten?<br />
Nur an der Grenzfläche zu einem anderen Stoff können sie umgelenkt<br />
werden!<br />
Das <strong>Licht</strong> der Taschenlampe startet innerhalb des Wasserstrahls. Der<br />
Wasserstrahl aus der Kanne fließt in einem Bogen zur Erde (der Grund<br />
dafür ist die Schwerkraft). Der <strong>Licht</strong>strahl breitet sich im Wasser<br />
geradlinig aus, bis er auf die Innenwand des Wasserbogens (d.h. an die<br />
Grenzfläche zur Luft) trifft.<br />
Ein Teil des <strong>Licht</strong>es tritt in die umgebende Luft aus und gelangt in unser<br />
Auge. Wenn es im Dunkeln passiert, sehen wir den Wasserstrahl glitzern.<br />
Ein anderer Teil des <strong>Licht</strong>es wird aber an den Innenwänden des<br />
Wasserstrahls immer wieder ins Innere des Wasserstrahls abgelenkt und<br />
kann dem Wasserstrahl nicht entkommen. Dieses <strong>Licht</strong> breitet sich im<br />
Wasserstrahl von einer Wand zu der anderen im Zickzack aus und trifft<br />
auf die Erde, wo wir es als <strong>Licht</strong>fleck sehen können.<br />
Weitere Eperimente:<br />
http://www.physikfuerkids.de/lab1/licht/index.html<br />
3
Toter Winkel<br />
Im Rahmen der Fahrradausbildung der 4. Klassen brachte<br />
Busunternehmer Oliver Ehrenreich auch in diesem Jahr den Schülern<br />
wieder nahe, welche Gefahren der tote Winkel bei großen Fahrzeugen<br />
birgt.<br />
Direkt am Schulbus erlebten die Kinder, wie groß die toten Winkel an<br />
einem solchen Fahrzeug sind. Spielend konnte eine ganze Klasse im nicht<br />
einsehbaren Bereich des Fahrzeuges „versteckt“ werden.<br />
Außerdem konnten sich die Kinder durch zwei Experimente selbst davon<br />
überzeugen, dass das Drängeln und Schubsen beim Einsteigen keinen<br />
Zeitvorteil für sie bringt. Das geordnete und damit gefahrlose Einsteigen<br />
in den Bus dauerte laut Stoppuhr nämlich nur halb so lange.<br />
Die Schüler durften auch noch erfahren, welche Kräfte bei einer<br />
Vollbremsung auf sie wirken. Höchst erstaunt waren sie über die Wucht,<br />
mit der man bereits bei einer abrupten Bremsung aus der geringen<br />
Geschwindigkeit von nur 5 km/h von den Sitzen gedrückt wird.<br />
__________________________________________________________________<br />
Siehe PDF: <strong>Licht</strong> und Schatten<br />
4
Wie entstehen die Farben eines Regenbogens? Gibt es nur einen, wenn es regnet? Du kannst dir sogar<br />
deinen eigenen Regenbogen machen... Das Experiment zeigt dir, wie es funktioniert.<br />
Was benötige ich?<br />
� 1 Taschenlampe<br />
� 1 flache, rechteckige Schale<br />
� 1 Spiegel<br />
� 1 weißes Papier<br />
� Wasser<br />
Und so funktioniert es! Die Schale füllst du mit Wasser auf. Nun<br />
lehnst du den Spiegel an die schmale Wand. Leuchte jetzt mit der<br />
Taschenlampe auf das Wasser, sodass der <strong>Licht</strong>strahl einen Teil des<br />
Spiegels trifft. Halte nun ein Blatt weißes Papier vor den Spiegel, um<br />
das vom Papier reflektierte <strong>Licht</strong> einzufangen.<br />
Was passiert? Auf dem weißen Papier erscheinen die Farben des<br />
Regenbogens.<br />
Der Grund: Wassertropfen brechen das <strong>Licht</strong> der Sonne. Dabei wird<br />
das weiße Sonnenlicht in die sieben Farben des Regenbogens<br />
gebrochen.<br />
Wenn du noch mehr wissen willst: Der Regenbogen ist eine<br />
faszinierendes Schauspiel am Himmel. Regenbogen entstehen, wenn<br />
Sonnenlicht von vielen Wassertröpfchen in der Luft reflektiert wird.<br />
Das <strong>Licht</strong> wird an der Innenseite der Tropfen ein- oder zweimal gebrochen und kommt dann bei uns im Auge<br />
bunt an. Nicht gebrochenes <strong>Licht</strong> ist für unser Auge weiß.<br />
Also viel Spaß beim Ausprobieren …<br />
Klicke auf den Weiter-Pfeil rechts unten, um das nächste Experiment<br />
auszuprobieren. Mit dem Zurück-Pfeil gelangst du zum vorigen Experiment.<br />
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