Big Bang Physik 6, Schulbuch

58  RG 6.1, G 6.2 Wellen 20.2 Eine Welle biegt ab Reflexion, Brechung und Beugung Richtig Biss bekommen diese Prinzipien, wenn eine Welle zu einem anderen Medium oder zu einem Hindernis kommt. In diesem Abschnitt sehen wir uns die Wellen-Phä- nomene Reflexion, Brechung und Beugung genauer an. 20.2.1 Mit den Ohren sehen Reflexion Wenn eine Welle abrupt an die Grenze zu einem anderen Medium kommt, dann gibt es nur zwei Möglichkeiten: Ent- weder wird die gesamte Energie zurückgeworfen (reflek- tiert) oder nur ein Teil, und der Rest läuft weiter. Je mehr sich Dichten und Wellengeschwindigkeiten der Medien unter- scheiden, desto mehr Energie wird reflektiert. Dazu drei Beispiele: 1) Ein Spiegel reflektiert fast 100% der Energie des Lichts (wie in Abb. 20.10 links). 2) Wenn ein Taucher unter Wasser spricht, dann werden an der Grenzfläche zum Wasser mehr als 99% der Schallener- gie reflektiert ( F6 ). Deshalb ist es praktisch unmöglich, jemanden unter Wasser zu verstehen. 3) Wenn Licht senkrecht auf Glas trifft, dann werden nur etwa 5% der Energie reflektiert. Ein klitzekleiner Teil wird absorbiert, und der Löwenanteil von etwa 95% wird durch- gelassen. Deshalb ist Glas durchsichtig und spiegelt nur ganz wenig ( F7 ). Zur Reflexion von Wellen gibt es zahl- reiche Beispiele aus Alltag, Natur und Technik.  Info: Radar und Ultraschall Wenn ein Taucher unter Wasser spricht, hörst du in der Umgebung kaum etwas. Warum nicht? Wasser leitet den Schall doch viel besser als Luft! Glas ist einerseits durchsichtig, spiegelt andererseits aber auch etwas. Was muss daher mit dem Licht an der Grenze zwischen Luft und Glas passieren? Wie funktionieren Radar, Sonar der U-Boote, Ultra- schall in der Medizin und das Ortungssystem der Fledermäuse? Du willst so schnell wie möglich von A nach B und musst dabei die Linie berühren. Welchen Weg nimmst du? Und welchen Weg nimmst du, wenn du von A’ nach B willst? Fällt dir dabei etwas auf? F6 E1  F7 E2 F8 W2 Abb. 20.7 F9 S2  Radar und Ultraschall Radar , Sonar und das Ultraschallverfahren in der Medizin funktionieren so wie das Ortungssystem der Fledermäuse : durch Auswertung von Echos ( F8 )! Radar wird nicht nur im Straßen-, sondern auch im Flugverkehr eingesetzt. Dabei wird ein elektromagnetischer Puls ausgesendet. Aus der Zeit bis zur Rückkehr des reflektierten Signals kann man auf die Entfernung des Flugzeugs schließen. Ist dieses zum Bei- spiel 150 km (= s) entfernt, dann ist der reflektierte Puls nach t = 2 s / c = 0,001 s wieder da. Die Intensität gibt zusätzlich Aufschluss über Art und Größe des Objekts. In den anderen drei Fällen werden Schallwellen verwendet. Das U-Boot- Sonar arbeitet mit Hörschall (siehe Kap. 21.2, S. 67). Fledermäuse arbeiten mit Ultraschall von 20 bis 200 kHz und „brüllen“ quasi ihre Beute an (Abb. 20.8). Beacht- lich: Mit ihrer inneren Uhr können sie Zeitunterschiede bis etwa 5 · 10 –5 s erkennen. Sie können daher Entfernungen auf weniger als 1 cm genau abschätzen! Fledermäuse „se- hen“ mit den Ohren! Ihr Gehirn fügt die Echos in den beiden Ohren zu einem 3d-„Bild“ zusammen. Das „innere Bild“ von Fledermäusen muss ähnlich plastisch sein wie jenes, das man durch 3d-Ultraschallverfahren in der Medizin be- kommt (siehe Abb. 20.9). i Abb. 20.8:  Ortung mit Hilfe eines Ultraschallechos: Genauso funktio- niert Radar, allerdings nicht mit Schall, sondern mit elektromag­ netischen Wellen. Abb. 20.9:  Das Ultra- schallverfahren in der Medizin funk- tioniert nach dem- selben Prinzip wie das Ortungssystem der Fledermäuse. Abb. 20.10:  Links wird die Welle wie beim Spiegel komplett reflektiert, rechts kann wie beim Glas ein Teil ins untere Medium eindringen. Das scheinbare Zentrum der reflektierten Welle ist in jedem Fall genau so weit von der Grenzlinie entfernt (d’), wie das tatsäch­ liche (d). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv