Big Bang Physik 6, Schulbuch

62  RG 6.1, G 6.2 Wellen Stell dir vor, ein Freund steht hinter einer Ecke und spricht mit dir ( F16 ). Die Wellenlänge von Luftschall liegt im Be- reich von einigen Dezimetern (Tab. 19.2, S. 50). Deshalb wer- den all jene Schallwellen gebeugt, die bis zu einem Abstand von einigen Dezimetern an der Kante vorbeilaufen. Es wird somit genug Energie abgelenkt, dass du den Freund tat- sächlich ums Eck hören kannst. Im Alltag erweist sich die Beugung somit als sehr praktischer Effekt! Lichtwellen haben aber bloß eine Wellenlänge von etwa einem Millionstel Meter ( F15 ). In diesem Abstand zur Kante kommt es auch tatsächlich zur Beugung – das Huygens-Prinzip gilt für alle Wellen! Es wird dabei aber nur ein winzig kleiner Teil abgelenkt, den niemand bemerken kann. Die Wellenlänge ist also der Grund, warum man um die Ecke hören, aber nicht um die Ecke sehen kann. Stell dir vor, mit den Wellenlängen von Schall und Licht wäre es ge- nau umgekehrt. Dann könntest du ums Eck sehen, dafür nicht ums Eck hören. Abb. 20.22 gibt dir noch einmal einen Überblick über das Beugungsverhalten von Wellen. Links liegen Spalt und Hindernis in der Größe der Wellenlänge. Dadurch entsteht an einem Spalt eine vollständige Beugung oder die Welle läuft ziemlich unbeeindruckt um das Hindernis herum. Diese Verhältnisse liegen bei Schallwellen im Alltag vor. Damit kann man erklären, warum man Menschen auch von der Seite sprechen hören kann und warum du dich selbst hören kannst ( F17 ). Beim Austritt der Schallwellen aus dem Mund tritt eine sehr starke Beugung auf. Diese Beugung ermöglicht auch, dass Schallwellen um deinen Kopf zum abgewandten Ohr laufen ( F18 ). Du siehst also, wie wichtig die „richtige“ Schallwel- lenlänge für unsere Kommunikation ist. Abb. 20.22:  Eine Welle läuft auf eine Öffnung bzw. ein Hindernis. Links (Modell für Schallwellen) wird ein Großteil der Welle gebeugt, rechts (Modell für Lichtwellen) geht der Großteil gerade weiter. In Abb. 20.22 rechts sind Spalt und Hindernis viel größer als die Wellenlänge. Solche Verhältnisse liegen bei Lichtwellen vor, nur noch viel viel extremer. Du siehst, dass hinter dem Spalt ein Großteil der Welle gerade weiterläuft. Deshalb geht auch der Lichtstrahl in Abb. 20.20 gerade (  F19 ).Die Öffnung ist einfach viel größer als die Wellen- länge des Lichts. Wäre sie zum Beispiel 1 cm breit, würden rund 99,98% der Energie unbeeindruckt gerade weiterlau- fen. Hinter einem Hindernis läuft auch nur ein kleiner Teil der Welle zusammen. Deshalb gibt es hinter einem Baum einen Lichtschatten, aber keinen Schallschatten ( F16 ).  Info: Lichtwellenbeugung Zusammenfassung Bei einer Beugung ändert ein Teil einer Welle an einem Hindernis seine Richtung. Die Stärke des Effekts hängt von Wellenlänge und Hindernis ab. Im Alltag spielt fast nur die Schallbeugung eine Rolle. Lichtwellenbeugung Aufgrund der kleinen Wellen- längen ist die Lichtbeugung im Alltag nur selten zu beobachten. Einer der wenigen Effekte ist das imposante Schillern einer CD oder DVD (Abb. 20.23). Wodurch kommt es zustande? Die Information wird bei optischen Speichermedien in Form von Pits , die in die Oberfläche eingepresst oder eingebrannt werden, gespeichert (Abb. 20.24). Der Spurabstand ist winzig und liegt in Größenordnung der Lichtwellenlänge. Daher wird das einfallende Licht stark gebeugt. Weil die Beugung aber von der Wellenlänge abhängt , wird das Licht dabei in seine einzelnen Farben zerlegt. i Abb. 20.23 Abb. 20.24:  Spurabstand, Pits und Größe des Laserpunktes im Ver- gleich: Bei einer CD wird ein Infrarot-Laser verwendet, dessen Licht du nicht sehen kannst. Bei einer Blu-ray ist der Abstand zwischen den Pits so klein, dass das Licht kaum gebeugt wird. Deshalb schillern Blu-rays nicht. Z Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv