Sexl Physik 7, Schulbuch

| 32 Höhe h s Augenposition rot  32.1 Bestimmung des Spurabstands einer CD. Positioniere die Lampe 40 cm über dem Mittelpunkt der CD. Blicke zunächst senkrecht auf die CD und entferne dich dann langsam von dieser Senkrechten, bis dein Auge das rote Ende des Beugungsspektrums erster Ordnung wahrnimmt. (Der Durchmesser des inneren Randes beträgt ca. 4 cm). 400 500 600 700 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0 S M L Z rel. Empfindlichkeit Wellenlänge (nm) 32.2 Farbwahrnehmung des menschlichen Auges. In der Netzhaut befinden sich licht- empfindliche Stäbchen und Zapfen. Ein reines Licht von 400 nm Wellenlänge erregt nur den Blaurezeptor (S) unter den Zapfen. Licht der Wellenlänge 420 nm erregt den Blaurezeptor stark und den Grünrezeptor (M) sehr schwach. Der Rotrezeptor wird mit L ( long wavelength receptor ) bezeichnet. Licht von 500 nm spricht alle drei Zapfensorten an. Die einzelnen Farbeindrücke werden also durch unter- schiedliche Erregungsstärken der einzelnen Zapfensorten ausgelöst. Gleiche Erregung aller Zapfen führt zum Eindruck weiß. Auf der Ebene der Zapfen erfolgt die Farbmischung additiv. Bei Rot-Grün-Blinden ist der rote und der grüne Zapfentyp defekt. S M L Mensch 424 530 560 Affe 540 565 Pferd 428 539 Goldfisch 445 508 565 32.3 Absorptionsmaxima (in nm) der Zapfen verschiedener Lebewesen im Vergleich. Vögel haben auch ein Maximum im UV Bereich. Über Stäbchen verfügen nur Menschen und Rhesus- affen (Maximum bei 500 nm). Die Abhängigkeit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von der Frequenz einer Wel­ le wird Dispersion genannt. Der Ausdruck heißt eigentlich „Aufspaltung“ und soll an die Farbauffächerung des Prismas erinnern, die ja gerade in der Frequenzab­ hängigkeit der Fortpflanzungsgeschwindigkeit ihre Ursache hat. Experiment: Beugung am Gitter Du brauchst: Kerze, Gewebe (z.B. Strumpf, Vorhang); CD, Laserpointer. Was ist zu tun? 32.1 Betrachte in einem abgedunkelten Raum aus größerer Entfernung eine brennende Kerze oder eine andere punktförmige Lichtquelle durch ein dicht gewebtes, aber durch- sichtiges Gewebe. Was beobachtest du? Ähnliches kannst du beobachten, wenn du durch einen Regenschirm hindurch das Licht einer Straßenlampe beobachtest. 32.2 Beugungserscheinungen beobachtet man nicht nur im durchgehenden, sondern auch im reflektierten Licht. Beobachte eine CD im reflektierten, weißen Licht. Stelle eine Hypothese auf, die die beobachteten Farberscheinungen erklärt. Bestrahle die CD mit einem Laserpointer und beobachte die reflektierten Strahlen. 32.3 Mit der Anordnung 32.1 kannst du die Spurbreite (den Abstand zweier Spuren) einer CD bestimmen. Überlege dir, wie du mit Hilfe eines Lasers das Ergebnis verbes- sern kannst. Achtung: Die direkte Beobachtung ist mit Laserlicht in dieser Form nicht möglich. Das Licht des Lasers darf weder direkt noch indirekt durch Reflexion in ein Auge fallen! 32.4 Eine Blu-Ray kann mehr Daten speichern als eine DVD, eine DVD mehr als eine CD. Überlege, warum das so ist und überprüfe mit einem Experiment. Warum zwei Lichtstrahlen einander (nicht) auslöschen Eine Lichtquelle sendet zahlreiche Lichtwellenzüge aus ( 32.5 ). Sie haben unter schiedliche Schwingungsebenen und eine begrenzte Länge. Die Emission von Licht durch Atome, also die Aussendung eines Wellenzugs, dauert nur etwa 10 –8 s . Die Länge des Wellenzuges ergibt sich aus l = ct , bei sichtbarem Licht sind das etwa 3 m , bei Laserlicht kann der Wellenzug einige km lang sein. Interferenzstreifen können nur entstehen, wenn zwischen den zusammentreffen­ den Wellenzügen während einer relativ zu ihrer Schwingungsdauer T = 1/ f lan­ gen Zeit konstante Phasenbeziehungen bestehen. Licht, bei dem diese Bedingung gegeben ist, bezeichnet man als kohärentes Licht . Zwei Spaltöffnungen, die mit zwei getrennten Lichtquellen beleuchtet werden, können keine sichtbaren Interfe­ renzerscheinungen liefern. Den Doppelspalt und das Gitter haben wir dagegen mit ein und derselben Lichtquelle beleuchtet. Jeder ausgesandte Lichtwellenzug fiel auf alle Spaltöffnungen des Gitters und erzeugte nach dem Huygens’schen Prin­ zip dort gleichartige Wellenzüge, die – vorausgesetzt, sie treffen gleichzeitig an einem bestimmten Punkt ein – miteinander interferieren können. Laserlicht ist kohärent und bietet daher besonders gute Voraussetzungen für Interferenz und Beugungsversuche (s. S. 50). 32.4 Beugungsbild eines kreisförmigen Lochs 32.5 Wellenzüge verschiedenster Wellenlänge Nur zu P üfzwecken – Eigentum des Verlags öbv