Big Bang 7, Schulbuch

110 Lösungen 29 Einige Licht-Phänomene F1 F3 Nimm an, dass eine Wellenfront mit v 1 auf ein anderes Medium trifft, in dem die Geschwindigkeit kleiner ist ( v 2 ). Der linke Strahl in Abb. 6 ist bereits bei A aufgetroffen und hat im neuen Medium eine Elementarwelle erzeugt (rot). Der rechte Strahl hat gerade die Grenze bei B’ erreicht. Seine „Elementarwelle“ ist daher noch ein Punkt. Die neue Wellenfront ist die Einhüllende und somit die Tangente von B’ an die Elementarwelle. Jetzt brauchen wir nur noch drei Dinge: 1) Der Weg ist allgemein v · t . Deshalb können wir die Wege BB’ und AA’ durch diesen Ausdruck ersetzen. 2) Aus geometrischen Gründen kann man die Winkel zum Lot auch in den Dreiecken ABB’ und AA’B’ einzeichnen. 3) Der Sinus eines Winkels ist Gegenkathete durch Hypothenuse. Und nun setzen wir ein: sin α ____ sin β = BB’ ___ AB’ ___ AA’ ___ AB’ = v 1 t ___ v 2 t = v 1 __ v 2 F7 Man kann nur unter einem Öffnungswinkel von rund 98° aus dem Was- ser sehen (siehe Abb. 7 und F20 ), weil flacher auf das Wasser treffen- de Strahlen totalreflektiert werden. Weil die Brechung der Strahlen umso stärker ist, je flacher sie auf die Wasseroberfläche treffen, wird die Oberwasserwelt zusammenge- staucht. F18 Sichtbares Licht regt in den Atomen und Molekülen des Glases die Elektronen zu Quantensprüngen an. IR bringt aber die Atome als Ganzes zum Schwingen. Diese Schwingung bedeutet eine Erwärmung des Glases. Die EM-Welle wird also absorbiert und ihre Energie in Wärme umgewandelt. F20 sin α _____ sin90 = sin α ____ 1 = c 1 __ c 2 ⇒ α = arcsin ( c 1 __ c 2 ) Für Wasser und Luft ergibt das 48,8° und für Quarzglas und Luft 42,5° (siehe auch F7 ). 30 Energieübertragung durch EM-Wellen F18 Um eine Röntgenaufnahme zu machen, muss das Objekt zwischen Röntgenquelle und Aufnahmegerät sein (Abb. 30.16, S. 31). Selbst wenn Superman mit seinen Augen Röntgenstrahlen erzeugen könnte, müsste er dann mit Überlichtgeschwindigkeit auf die andere Seite laufen, damit er sie wieder empfangen kann. Natürlich könnte er die Rückstreutechnik verwenden. Dann könnte er zwar angezogene Men- schen nackt sehen, aber nicht durch Wände, wie im Film immer darge- stellt. F21 Nein. Das sichtbare Licht der Leuchtstoffröhren ist kein Effekt der Temperaturstrahlung. Gase senden Linienspektren aus (Abb. 34.8, S. 68) und können daher bei Zimmertemperatur, je nach Gasart, in jeder beliebigen Farbe leuchten. F22 Wenn du in einem Wasserbecken eine große Welle erzeugst und wartest, dann wird sich diese nach einer gewissen Zeit in immer kleinere Wellen aufteilen. Warum? Weil sich die Energie auf alle Arten von Wellen aufteilt, und von den kleinen Wellen passen viel mehr Abb. 5 Abb. 6 Abb. 7 hinein. Diese Aufteilung der Energie müsste nach klassischer Ansicht auch mit Licht im Inneren eines Hohlkörpers erfolgen. Die klassische Kurve in Abb. 30.6, S. 27 geht daher bei kurzen Wellenlängen Richtung unendlich. Es müsste UV-Licht entstehen und dann sogar Röntgen- und Gammastrahlung. Man spricht daher von einer Ultraviolettkatastrophe. Tatsächlich tritt sie aber nicht ein. Kurzwellige Photonen besitzen eine höhere Energie und daher können zwar beliebig viele kurze Wasser- wellen, aber nicht beliebig viele kurze Lichtwellen entstehen. F23 Wäre das Universum ein völlig perfekter schwarzer Strahler, wäre es auch völlig homogen. Wäre es völlig homogen, dann hätten aber auch keine Galaxienhaufen entstehen können, denn diese weichen ja augenscheinlich von der Homogenität ab. Die leichten Schwankungen im Schwarzkörperspektrum (Abb. 30.7, S. 28) sind also quasi die Kon- densationskeime zur Entstehung von Strukturen und somit auch des Lebens gewesen. F24 Die Sonne sendet ja kein Linienspektrum aus, sondern eine Mischung aus allen Farben. Das Maximum des Sonnenlichts liegt zwar im grünblauen Bereich (Abb. 30.5, S. 27), aber die Mischung aller Farben nehmen wir trotzdem als gelb-weiß war. Aus diesem Grund kann ein schwarzer Strahler für unsere Augen niemals grün sein. F25 In den Nahrungsmitteln selbst stellte man nur Veränderungen fest, die auch bei anderen Kochmethoden auftreten. Beim Erwärmen von Gemüse hat die Mikrowelle sogar den Vorteil, dass weniger Flüssigkeit verloren geht und durch die kurze Kochzeit mehr Vitamine erhalten bleiben. Die einzige Gefahr sind Salmonellen. Diese werden erst ab etwa 70°C abgetötet. Beim Auftauen kann es leicht passieren, dass in der Mitte der Speise diese Temperatur nicht überschritten wird. F26 Die Frequenzveränderung beträgt ∆ f ≈ 2 f ·( v Obj / c ). Bei 150km/h (41,67m/s) beträgt die Frequenzveränderung daher 555,6 Hz. 31 Informationsübertragung durch EM-Wellen F10 CDs und DVDs soll man von innen nach außen putzen, damit dabei eventuell entstehende Kratzer quer zu den Daten-Spuren liegen. Befindet sich der Kratzer genau in Spurrichtung, wird eine längere Datenstrecke unlesbar gemacht und kann trotz Redundanz nicht mehr richtig rekonstruiert werden. F20 Ja, aber nur selten! Damit ein Gespräch zustande kommen kann, muss der Hauptverbindungsrechner des Netzbetreibers ständig wissen, in welcher Funkzelle (Abb. 31.18, S. 39) sich das Handy gerade befindet. Dazu meldet es sich zunächst beim Einschalten an und meldet sich anschließend in regelmäßigen Abständen. Erfolgen keine nennens- werten Ortsveränderungen, so werden lediglich etwa jede halbe Stunde Impulse von weniger als einer Sekunde ausgesendet. Die Abstände werden kürzer, wenn man sich über größere Entfernungen bewegt und dabei Funkzellen wechselt. Lege ein eingeschaltetes Handy auf ein Radiogerät. Anhand der Geräusche beim Senden kannst du diese Signale überprüfen. F22 Die Dezimalzahl 123 ist binär dargestellt 01111011. Probe: 1 + 2 + 8 + 16 + 32 + 64 = 123. Nun verknüpfen wir die zu übertragende Information mit dem Spreizcode. Dazu musst du das zu übertragende Signal vorher ebenfalls aufspreizen, nämlich auf 11111111 00000000. Dann geht es los: 11111111 XOR 01111011 = 10000100 00000000 XOR 01111011 = 01111011 Probe: 10000100 XOR 01111011 = 11111111 01111011 XOR 01111011 = 00000000 32 Klimaänderung und erneuerbare Energie F10 Wenn Eis schwimmt und schmilzt, dann verändert sich der Wasser- spiegel nicht. Wenn aber das Eis irgendwo aufliegt, dann steigt der Wasserspiegel. Deshalb erhöht das Abschmelzen der Gletscher in Grönland und der Antarktis den Meeresspiegel. F18 Neben Windmühlen nutzten Segelschiffe schon sehr früh Windenergie. F25 Damit meint man parts per billion. Das englische „billion“ bedeutet Milliarde. 1 ppb ist also 1 Teil pro einer Milliarde. F26 Am Mars macht der natürliche Treibhauseffekt nur etwa 3 Grad aus und erhöht die Temperatur von –56 auf –53°C. Die Masse der Marsat- mosphäre liegt nur bei 6% der Erde. Auf der Venus hingegen macht der Treibhauseffekt 466°C aus (von –39 auf +427°C)! Das liegt daran, dass die Masse der Venusatmosphäre 100-mal so groß ist wie die der Erde und außerdem zu 98% aus CO 2 besteht. F27 Nein, die Wärme fließt ja trotzdem von warm nach kalt, nämlich von der Sonnenoberflache (5500°C) ins Innere des Autos (maximal 70 bis 80°C). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv